Capítulo 5: Sólidos en Suspensión y Turbidez

PROPUESTA METODOLÓGICA
PARA DIAGNOSTICAR Y
PRONOSTICAR LAS
CONSECUENCIAS DE LAS
ACTUACIONES HUMANAS EN EL
ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR
Septiembre 2010
Capítulo 5: Sólidos en Suspensión y Turbidez
Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales
(Centro Andaluz de Medio Ambiente — Universidad de
Granada)
Grupo de Dinámica Fluvial e Hidrología
(Universidad de Córdoba)
1
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Antecedentes
El 24 de Mayo de 2007 se firmó el contrato de adjudicación del procedimiento
negociado sin publicidad entre la Autoridad Portuaria de Sevilla y el Consejo Superior
de Investigaciones Científicas para el estudio titulado “PROPUESTA METODOLÓGICA
PARA DIAGNOSTICAR Y PRONOSTICAR LAS CONSECUENCIAS DE LAS
ACTUACIONES HUMANAS EN EL ESTUARIO DEL GUADALQUIVIR” coordinado
por D. Javier Ruiz Segura (Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía – Consejo
Superior de Investigaciones Científicas) y D. Miguel Á. Losada (Grupo de Dinámica de
Flujos Ambientales – Universidad de Granada).
Con fecha 17 de enero de 2008, fueron firmados sendos Convenios de Colaboración
entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y las Universidades de Granada
y Córdoba para la participación del Grupo de Dinámica de Flujos Ambientales (GDFA)
y del Grupo de Dinámica Fluvial e Hidrología (GDFH), respectivamente, en la
realización del citado estudio.
Inscrito en dicho marco de colaboración se encuentra el presente Informe que describe
los sólidos en suspensión y turbidez, realizado por el GDFA. En este trabajo han
participado, por el GDFA, los doctores Asunción Baquerizo Azofra, Simona Bramato,
Manuel Díez Minguito, Miguel Á. Losada Rodríguez, Miguel Ortega Sánchez y, por el
GDFH, la titulada Eva Contreras Arribas y la doctora María José Polo Gómez, actuando
de ponentes del Informe la Dra. Simona Bramato y el Dr. Manuel Díez Minguito. Este
informe estuvo dirigido por el Prof. Miguel Á. Losada Rodríguez.
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Índice
Índice............................................................................................................................... 5
Lista de Figuras ........................................................................................................... 6
Lista de Tablas ........................................................................................................... 10
Resumen ...................................................................................................................... 13
Estructura del capítulo y sus contenidos ........................................................... 14
5.1. Introducción........................................................................................................... 17
5.1.1. Descripción general de los procesos: erosión-depósito ......................... 18
5.1.2. Definiciones, escalas y máximo estuarino ................................................ 19
5.2. Formulación del problema .................................................................................. 21
5.2.1. Definición de variables, consecuencias y factores importantes ............ 21
5.2.2. Términos de erosión – depósito y floculación .......................................... 23
5.3. Datos y análisis .................................................................................................... 25
5.3.1. Variables instantáneas, básicas y promediadas (vertical y temporal).. 26
5.3.2. Análisis armónico y espectral...................................................................... 29
5.3.3. Análisis de los términos de erosión y sedimentación.............................. 33
5.3.3.1. Tasa de erosión del lecho ........................................................................ 33
5.3.3.2. Tasa de sedimentación en la columna de agua................................... 34
5.3.3.3. Balance erosión – sedimentación ........................................................... 34
5.4. Comportamiento de la turbidez según el eje del estuario con régimen de
caudal bajo Q f < 100m / s ....................................................................................... 35
3
5.4.1. Variación espacial de las componentes armónicas de la turbidez ....... 35
5.4.2. Evolución temporal y espacial de la turbidez: mareas vivas y muertas37
5.4.3. Variación de la turbidez en la columna de agua ...................................... 38
5.4.4. Retardo y propagación de la turbidez........................................................ 39
5.4.5. Comportamiento de la turbidez frente a la marea vertical y horizontal 42
5.4.6. Comportamiento anual/plurianual............................................................... 45
5.5. Variabilidad vertical y transversal...................................................................... 47
5.5.1. Distorsión mareal llenante – vaciante ........................................................ 47
5.5.2. Asimetría transversal .................................................................................... 47
5.5.3. Velocidad de deposición .............................................................................. 48
5.6. Balances de sólidos en suspensión.................................................................. 51
5.6.1. Estimación del sedimento en suspensión en un evento de extrema
turbidez 53
5.6.2. Flujos de sólidos en suspensión en régimen mareal .............................. 55
5.6.2.1. Resultados.................................................................................................. 56
5.7. Eventos de turbidez media y extrema: procesos generadores .................... 58
5.7.1. Situaciones desencadenantes .................................................................... 58
5.7.2. Descripción de eventos asociados al forzamiento mareal ..................... 59
5.7.2.1. Período I: desde el 04/04/2008 hasta el 03/06/2008........................... 59
5.7.2.2. Período II: desde el 01/06/2008 hasta el 21/07/2008.......................... 63
5.7.2.3. Período III: desde el 21/07/2008 al 21/09/2008.................................... 66
5.7.2.4. Período IV: desde el 30/08/2008 al 18/11/2008 ................................... 69
5.7.2.5. Período V: desde el 12/01/2009 al 12/03/2009 .................................... 71
5.7.2.6. Período VI: desde el 12/03/2009 al 12/06/2009 ................................... 74
5.8. Conclusiones parciales y trabajo futuro ........................................................... 80
5
Lista de Figuras
Figura 5.1. Esquema definición de las variables empleadas en la ecuación del
momento y transporte. ................................................................................................ 22
Figura 5.2. Ubicación a lo largo del cauce de los equipos instalados por el
ICMAN-CSIC, además de los mareógrafos de la REDMAR. En rojo se
muestran los CTDs, en amarillo se muestran los correntímetros ADCPs, en
verde los mareógrafos TGs y en naranja la estación meteorológica de
Salmedina. Se indica además la numeración de los equipos cuyos datos han
sido usados en este informe. ..................................................................................... 26
Figura 5.3. Evolución temporal a 1 m de profundidad de la turbidez (FTU) en los
CTD1 (Cepillos) y CTD5 (La Mata). Además se incluye la curva de caudales
medios diarios vertidos desde la presa de Alcalá del Río. ................................... 27
Figura 5.4. Evolución temporal instantánea (con periodo de muestreo de 30min)
a 4 profundidades de la turbidez en los CTD1 y CTD5 en régimen mareal. Los
datos de caudal (panel superior) han sido interpolados linealmente a los
tiempos de muestreo de los CTDs. ......................................................................... 28
Figura 5.5. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD1 a
1m por debajo de la superficie libre. Panel superior derecho: ubicación del
CTD1. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la posición
del CTD1; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido
energético del registro. Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis
espectral en la posición del CTD1. ........................................................................... 29
Figura 5.6. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD2 a
1m por debajo de la superficie. Panel superior derecho: ubicación del CTD2.
Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la posición del
CTD2; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido
energético del registro. Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis
espectral en la posición del CTD2. ........................................................................... 30
Figura 5.7. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD4 a
1m por debajo de la superficie libre. Panel superior derecho: ubicación del
CTD4. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la posición
del CTD4; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido
energético del registro. Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis
espectral en la posición del CTD4. ........................................................................... 31
Figura 5.8. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD5 a
1m por debajo de la superficie libre. Panel superior derecho: ubicación del
CTD5. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la posición
del CTD5; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido
energético del registro. Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis
espectral en la posición del CTD5. ........................................................................... 31
Figura 5.9. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD6 a
1m por debajo de la superficie libre. Panel superior derecho: ubicación del
CTD6. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la posición
del CTD6; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido
energético del registro. Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis
espectral en la posición del CTD6. ........................................................................... 32
Figura 5.10. Amplitudes (columna izquierda) y fases (columna derecha) semidiurna M2, N2 y S2 (paneles superiores), diurna O1, K1, Q1 (paneles centrales)
6
y cuarto-diurna M4, MS4 y MN4 (paneles inferiores) de la señal de turbidez (en
Voltios) medida a 1 m desde la superficie libre. ..................................................... 36
Figura 5.11. Turbidez máxima, promedio y mínima para el ciclo M2. Las
oscilaciones de corto periodo están asociadas a variaciones diurnas de la
señal. ............................................................................................................................. 37
Figura 5.12. Turbidez a escala mareal (promedio en M2) durante una marea
viva (panel superior) y una marea muerta (panel central) y a la escala
submareal Mm (panel inferior)................................................................................... 38
Figura 5.13. Perfiles verticales instantáneos medidos el 28 de Agosto de 2008
(durante marea muerta).............................................................................................. 39
Figura 5.14. Variación instantánea de la turbidez (desde arriba hasta abajo,
desde el CTD1 hasta CTD6, respectivamente) durante marea viva (paneles en
la columna derecha) y marea muerta (paneles en la columna derecha) en las
cuatro profundidades. ................................................................................................. 41
Figura 5.15. Variación instantánea de la turbidez durante marea viva (panel
inferior) y marea muerta (panel superior) para los CTDs a 1 m desde la
superficie libre. ............................................................................................................. 41
Figura 5.16. Variación mareal de los registros de turbidez en las ubicaciones
CTD1, CTD4 y CTD6 (Paneles 2, 4 y 6, respectivamente) a 4 profundidades
respecto de la superficie libre: a 1m (azul), a 2m (verde), a 3m (rojo) y a 4m
(cian). Para comparar se muestra el modulo de las velocidades promediadas
en la vertical tomadas por los ADCPs más cercanos a cada CTD (paneles 1, 3
y 5). Las líneas en cada par de registros relacionan los máximos y los mínimos
de velocidad con la turbidez. ..................................................................................... 42
Figura 5.17. Comparativa entre datos de Caudales de Alcalá del Rio (Q), marea
astronómica en Bonanza (MarH) y valores de Temperatura (T), Salinidad (S) y
Turbidez (Tur) registrados a 1m desde la superficie libre en el CTD1 desde
21/07/2008 hasta 21/09/2008. ................................................................................... 43
Figura 5.18. Evolución temporal de la turbidez medida a 1 m desde la superficie
libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta
CTD7) representados desde arriba hacia abajo para el periodo de estudio que
va desde el 21/07/2008 hasta el 21/09/2008. En la grafica inferior se muestra la
variación de la turbidez medida en el CTD1 con la profundidad. ........................ 44
Figura 5.19. Desde arriba hacia abajo evolución temporal del desembalse
medio diario (Alcalá del Rio en m3/s), de la marea astronómica en Bonanza (m)
promediada en un ciclo de marea semi-diurna y de la turbidez (FTU)
promediada en un ciclo de marea semi-diurna (desde la desembocadura CTD0
hacia Sevilla CTD7)..................................................................................................... 45
Figura 5.20. Registros diario (a) y mensual (b) de la turbidez en FTU medida en
el CTD3. Registros anuales de 2 años de datos. Finalmente se presenta el
desembalse desde la presa de Alcalá (c)................................................................ 46
Figura 5.21. Asimetría de onda de marea (17 de octubre de 2008). Panel
superior: TG4, panel inferior: ADCP3. La descarga fue de 7m 3 / s durante el
periodo mostrado. ........................................................................................................ 47
Figura 5.22. Esfuerzo tangencial en fondo en la zona de Tarfía (entre
mareógrafos B3 y B4) determinado según la ecuación de conservación del
momento a partir de los datos observados. ............................................................ 48
Figura 5.23. Velocidad de fricción en fondo determinada a partir del esfuerzo
cortante en el fondo..................................................................................................... 48
7
Figura 5.24. Turbidez registrada en el CTD4 a profundidad z=-4m (cian), z=3m (rojo), z=-2m (verde), z=-1 (azul)........................................................................ 49
Figura 5.25. Exponente β = σTWs / ⎛⎜⎜⎝ku * ⎞⎟⎠⎟⎟ determinado a partir del ajuste por
mínimos cuadrados de la concentración en función de la profundidad según
Eq.(3.21). .......................................................................................................................... 50
Figura 5.26. De arriba a abajo: Esfuerzo tangencial instantáneo, turbidez
promediada en ciclo semidiurno M2 a -1 (azul), -2 (verde), -3 (rojo) y -4m (cian)
respecto de la superficie libre, exponente y velocidad de deposición. ............... 50
Figura 5.27. Equipos CTD considerados y tramos que los comprenden,
definidos por las líneas color cian............................................................................. 52
Figura 5.28. Promedio mareal M2 de densidad de sólidos en suspensión (SES)
en kg de sedimento por m 3 de agua....................................................................... 52
Figura 5.29. Promedio mareal Msf (panel izquierdo) y Mm (panel derecho) de
densidad de sólidos en suspensión en kg de sedimento por m 3 de agua. Los
extremos de turbidez están asociados a descargas desde Alcalá del Río. ....... 53
Figura 5.30. Masa total (y masa acumulada por tramos) de sólidos en
suspensión promediada en ciclos mareales M2 en los tramos considerados... 54
Figura 5.31. Sólidos en suspensión obtenidos a partir de los datos de turbidez
registrados en el CTD2 a -1m de profundidad respecto de la superficie libre... 55
Figura 5.32. Descomposición del flujo medio mareal en el CTD2....................... 57
Figura 5.33. Variación con la distancia a la desembocadura de los términos del
flujo promediados en todo el intervalo temporal analizado................................... 57
Figura 5.34. Comparativa entre datos de caudal en Alcalá del Río (Q),
precipitación media en la estación de Lebrija 1 (Prem), marea astronómica en
el puerto de Bonanza (marH), altura de ola significante (Hm0), periodo de pico
(Tp), dirección media de procedencia del oleaje (DirM), velocidad (VelV) y
dirección del viento (DirV) simulados en el “ WANA” más cercano y valores de
Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el
CTD1 para el periodo de estudio desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008. ............ 60
Figura 5.35. Comparativa entre valores de Salinidad (S) medidos a 1m desde la
superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el periodo de
estudio que va desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008............................................ 61
Figura 5.36. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el periodo de
estudio que va desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008............................................ 62
Figura 5.37. Comparativa entre datos de caudal en Alcalá del Río (Q),
precipitación media en la estación de Lebrija 1(Prem), marea astronómica en el
puerto de Bonanza (marH), altura de ola significante (Hm0), dirección media de
procedencia del oleaje (DirM), velocidad (VelV) y dirección del viento (DirV)
simulados en el WANA frente a la desembocadura y valores de Salinidad (S) y
Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1 para el
periodo de estudio desde 01/06/2008 hasta 21/07/2008. ..................................... 64
Figura 5.38. Imágenes vía satélite MERIS (ESA) antes y después de la caída
de turbidez. La imagen tiene una luminosidad semejante puesto que ha sido
tomada casi a la misma hora del día. En la imagen del día 8, la masa de agua
turbia está mucho más confinada en el entorno de la desembocadura. ............ 65
8
Figura 5.39. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el periodo de
estudio que va desde 01/06/2008 hasta 21/07/2008............................................ 65
Figura 5.40. Comparativa entre datos de Caudales de Alcalá del Rio (Q), marea
astronómica en el puerto de Bonanza (marH) y valores de Temperatura (T),
Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el
CTD1, desde 21/07/2008 hasta 21/09/2008. .......................................................... 66
Figura 5.41. Comparativa entre valores de salinididad (S) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde el
CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde 21/07/2008 hasta
21/09/2008. El cuadro inferior muestra la variación con la profundidad de la
salinidad medida en el CTD1..................................................................................... 68
Figura 5.42. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde el
CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde ............................. 69
Figura 5.43. Comparativa entre datos de caudales (Q) en Alcalá del Rio, de
marea astronómica en el puerto de Bonanza (marH), velocidad de viento
(VelV), dirección de viento (DirV), presión atmosférica (Ps), altura de ola
significante espectral (Hm0), periodo de pico (Tp) y dirección media del oleaje
(DirM) frente a la desembocadura (WANA3) y valores de Salinidad (S) y
Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD0, desde
30/08/2008 hasta 18/11/2008. ................................................................................... 70
Figura 5.44. Comparativa entre valores de salinididad (S) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7, por orden de arriba abajo) representados de arriba hacia
abajo para el periodo de estudio que va desde 30/08/2008 hasta 18/11/2008. 71
Figura 5.45. Comparativa entre datos, de arriba abajo, de Caudales de Alcalá
del Rio (Q), precipitación media en la estación Ría de Lebrija 1 (Prem), marea
en el mareógrafo de Bonanza (MarH), parámetros atmosféricos (VelV, DirV, Ps)
en Salmedina, parámetros de oleaje (Hmo, TP, DirM) en el WANA3 y valores
de Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el
CTD1 para el periodo de estudio que va desde 12/01/2008 hasta 12/03/2009.72
Figura 5.46. Comparativa entre valores de Salinidad (S) medidos a 1m desde la
superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde 12/01/2009 hasta
12/03/2009. ................................................................................................................... 73
Figura 5.47. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va de 12/01/2009 hasta
12/03/2009. ................................................................................................................... 74
Figura 5.48. Comparativa entre Caudal en Alcalà del Rio (Q), precipitación
media en la estación Ria de Lebrija (Prem), marea astronómica en el puerto de
Bonanza (marH), altura de ola significante espectral (Hm0),periodo de pico
(Tp), dirección media de procedencia (DirM) del oleaje simulado en el punto
“WANA” , velocidad (VelV) y direcciones (DirV) medias del viento, presión
atmosférica en Salmedina y , finalmente, Salinidad (S) y Turbidez (Tur)
medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1 (Cepillos). Las líneas rojas
acotan los dos eventos de viento hacia el mar que dieron lugar a la caída de
turbidez.......................................................................................................................... 75
9
Figura 5.49. Comparativa entre valores de Salinidad (S1) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el periodo de
estudio que va desde 12/03/2009 hasta 12/06/2009............................................. 76
Figura 5.50. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde
la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce principal (desde
CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el periodo de
estudio que va desde 12/03/2009 hasta 12/06/2009............................................. 77
Figura 5.51. Curva de marea astronómica medida en el puerto de Bonanza
durante el periodo 25 de Mayo de 2009 - 05 de Junio de 2009. Los círculos
rojos representan los instantes donde se han tomado las medidas de los
parámetros climáticos representados en la Tabla 5.6 y la Tabla 5.7.................. 79
Lista de Tablas
Tabla 5.1. Puntos kilométricos donde se ubican los equipos CTD en km desde
la Broa. .......................................................................................................................... 25
Tabla 5.2. Amplitudes en Voltios de las constituyentes armónicas en cada CTD
para la turbidez ( ×10−1 ) a 1m por debajo de la superficie libre. ........................... 32
Tabla 5.3. Fases en º Greenwich de las constituyentes armónicas en cada CTD
para la turbidez a 1m por debajo de la superficie libre.......................................... 33
Tabla 5.4. Análisis granulométrico de Dragados y Construcciones. Información
facilitada por la Autoridad Portuaria de Sevilla. ...................................................... 51
Tabla 5.5. Puntos kilométricos donde se ubican los equipos CTD en km (desde
la Broa) y longitudes de los tramos correspondientes........................................... 52
Tabla 5.6. Comparativa de parámetros medidos a lo largo del cauce principal
del estuario del Guadalquivir. .................................................................................... 78
Tabla 5.7. Comparativa de parámetros medidos y simulados fuera de la
desembocadura ........................................................................................................... 78
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Resumen
La existencia de sólidos en suspensión en el agua provoca la pérdida de su transparencia, es
decir, genera turbidez. Los sólidos en suspensión son partículas pequeñas e inmersas en un
fluido el cual actúa sobre ellas contrarrestando la fuerza gravitatoria.
El aporte de sólidos en suspensión al estuario proviene de distintas fuentes. La entrada de
sólidos desde el mar depende de las condiciones oceanográficas en el exterior del estuario,
principalmente, por el incremento de la capacidad de puesta en suspensión por oleaje y viento.
En el cauce del estuario, y en condiciones normales, se produce, por el efecto de la circulación
mareal y fluvial, la resuspensión de sedimentos y la decantación de los flóculos por la acción
gravitatoria en el seno del agua. Durante las avenidas y algunas mareas vivas, además, se
produce la erosión del lecho y, en consecuencia, el incremento de la masa de sedimentos
circulando por el estuario. Consecuencia de esto es que la turbidez es mayor cerca del fondo
que en superficie. Estas cantidades se completan con las provenientes de la erosión de las
márgenes y de las aportaciones desde los caños, los esteros y las acequias de riego. Las
descargas fluviales llevan asociadas, también, una descarga de sólidos en suspensión cuya
cantidad total depende de las condiciones de la descarga de la regulación y control de los
embalses del río por exceso de lluvia y del tiempo transcurrido desde la última descarga.
La circulación de partículas en suspensión en el estuario se produce a diferentes escalas
temporales, desde el corto hasta el largo plazo, asociadas a procesos continuos (dinámica
mareal) o discontinuos (ocurrencia de precipitación y descargas). La dinámica se puede
describir, caracterizar y cuantificar con las escalas de los movimientos de los agentes que la
gobiernan y de la geometría del estuario. La concentración de sedimentos en suspensión
depende de la marea, de las variaciones estacionales, de las descargas del río y de tormentas
en el estuario. En el tiempo, la concentración de sólidos en suspensión evoluciona en un ciclo
mareal (12.45 horas), se ve afectada de forma significativa por la componente cuartidiurna, M4,
responde a la secuencia de mareas vivas y muertas (14 y 28 días) y, puntualmente, a la
descarga fluvial y a las tormentas. De forma análoga, en el ámbito espacial varia a lo largo y
ancho del estuario y, además, con la profundidad.
En estuarios aluviales débilmente estratificados es habitual la presencia de zonas de elevadas
concentraciones de sedimentos en suspensión y ubicadas donde se encuentra el límite de
penetración de la salinidad. En el estuario del Guadalquivir se localizan dos zonas donde se
producen máximos de turbidez, que se desplazan aguas arriba o abajo en el estuario de forma
cíclica, siguiendo la marea y las descargas fluviales. Estos puntos de turbidez máxima
identifican zonas donde el flujo mareal se reduce significativamente y donde los sedimentos
transportados por la marea y aquellos transportados por el río se encuentran. El máximo de
turbidez contiene un elevado contenido de partículas sólidas muy finas. El sedimento es
cohesivo y las partículas floculan, formando agregados. A medida que su dimensión crece, la
densidad disminuye y su velocidad de caída aumenta. Asociado a la ubicación del máximo de
turbidez existe generalmente una zona de acumulación de sedimentos que produce
asomeramiento y que a su vez puede inducir problemas de navegación y requerir dragado.
Como ya se explicó en el Capítulo 3, el estuario transita entre un escenario de aguas bajas y
de avenida. En ocasiones se producen conjuntamente una avenida y temporal en el mar cuyo
comportamiento se traduce en un incremento de la capacidad de suspender sólidos y en un
evento extremo de turbidez, dependiendo de las condiciones en la desembocadura,
concretamente debido al viento y al transporte de Ekman asociado. La correlación entre
eventos de extrema turbidez y descargas desde Alcalá del Río también ha sido puesta de
manifiesto en el Capítulo 2. Los eventos extremos de turbidez afectan, prácticamente, a la
totalidad del estuario.
13
Estructura del capítulo y sus contenidos
En este informe se estudian las escalas espaciotemporales y magnitud de los procesos
mareales, fluviales, atmosféricos y oceánicos que originan y controlan la dinámica de la
turbidez y sólidos en suspensión en el estuario. Inicialmente se da una descripción general de
los procesos y se trata con detalle el marco teórico. Seguidamente, y a partir de los datos
registrados en las redes de medida, se ponen de manifiesto las variaciones cíclicas a escala
mareal, submareal, sobremareal y anual e interanual a las que están sujetas los procesos del
material en suspensión. Se estudia la variabilidad longitudinal y vertical en el estuario. Se
determinan las velocidades de deposición del sedimento y los flujos de masa que gobiernan el
movimiento del material en suspensión a lo largo del estuario, a saber, la deriva no mareal,
deriva de Stokes, los términos de bombeo mareal y aquéllos asociados a la circulación vertical
por gravedad y por variaciones de los perfiles verticales de la velocidad y concentración en un
ciclo mareal. Finalmente, se describen y explican los procesos desencadenantes de eventos
concretos de turbidez durante los últimos años.
14
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5.1. Introducción
La circulación de partículas en suspensión en el estuario se produce a diferentes escalas
temporales, desde el corto hasta el largo plazo, asociadas a procesos continuos (dinámica
mareal) o discontinuos (ocurrencia de precipitación y descargas). La concentración de
partículas en suspensión se relaciona con otras variables de crucial importancia para la
biodiversidad que caracteriza un estuario, como el oxígeno disuelto, la turbidez, la temperatura
y la densidad.
En el cauce del estuario del Guadalquivir, en condiciones normales en las que el agua dulce es
3
inferior a 100 m / s , se produce resuspensión de sedimentos, principalmente, por el efecto
de la circulación mareal y por la agregación y la decantación de los flóculos por la acción
gravitatoria en el seno del agua. La circulación en el estuario, su velocidad y sentido, y el nivel
de las aguas está regulada por la propagación de la onda de marea. Las condiciones
meteorológicas exteriores y la onda que genera el viento paralelo a la costa propagándose por
el estuario acotan este funcionamiento, lo frenan e incluso lo pueden invertir o desfasar. En
este caso, la cantidad de sólidos en suspensión en la desembocadura y sus inmediaciones es
alta; activados por la acción marina, los sólidos se pueden propagar hacia el interior del
estuario.
En condiciones de avenida, con un caudal diario medio superior a los
1000 m 3 / s , la
circulación en el estuario está controlada principalmente por la descarga fluvial, incluida la
cantidad de sólidos en suspensión y la formación de una cuña salina en la desembocadura.
Durante las avenidas y algunas mareas vivas, además, se produce la erosión del lecho y, en
consecuencia, el incremento de la masa de sedimentos suspendidos y en circulación en el
estuario. Estas cantidades se completan con las provenientes de la erosión de las márgenes y
de las aportaciones desde los caños, los esteros y las acequias de riego.
Algunas veces se produce el doble suceso, avenida y temporal en el mar (oleaje, viento y
subida del nivel del mar) cuyo comportamiento se traduce en un incremento de la capacidad de
suspender sólidos, pero también una mayor capacidad de transporte hacia el mar.
A todo esto hay que añadir que el estuario del Guadalquivir representa una arteria de conexión
cultural, económica y ecológica de la Andalucía sur occidental con el mar. Las modificaciones
del río por la actividad del hombre han tenido y tienen repercusiones importantes en la
dinámica morfo-sedimentaria fluvial, en las tasas de aporte de sedimentos a las marismas, en
la frecuencia de inundación de las llanuras inter-mareales, en los ecosistemas asociados, etc.
A estas modificaciones de la longitud del cauce hay que unir el proceso de eliminación de
superficie marismeña y por tanto la reducción del prisma de marea que conlleva importantes
alteraciones en los procesos de morfología sedimentaria del río y el litoral adyacente.
La operatividad portuaria con el tránsito de buque hacia el puerto de Sevilla es un elemento
más que condiciona la evolución morfológica y sedimentológica del estuario, así como la
calidad de sus aguas. El efecto de la operatividad portuaria sobre el estuario se produce por
tres aspectos: (i) la interacción buque-fondo, (ii) la capacidad erosiva de las ondas generadas
por el barco y (iii) la ejecución de dragados de mantenimiento. Durante el tránsito, en función
del tipo de buque, se produce un cambio morfológico del fondo, la re-suspensión de
sedimentos y, eventualmente, la erosión de las márgenes, dependiendo del desplazamiento, la
velocidad y el estado de carga del buque. La política de dragado y las técnicas empleadas
repercuten en la morfología del estuario, el comportamiento mecánico del fondo y en la
estabilidad de las márgenes.
17
5.1.1.
Descripción general de los procesos: erosióndepósito
La dinámica de sedimentos en el estuario del Guadalquivir se define a partir de:
18
ƒ
Aportes fluviales: Se producen asociados a las descargas desde las presas y las
cuencas vertientes al estuario, con concentraciones variables en función de la historia
previa de acumulación de sedimentos y de la forma de la descarga, en el caso de
embalses, y de las características de la precipitación en el caso de cuencas.
ƒ
Aportes desde el lecho y las márgenes del estuario por resuspensión y erosión:
Se producen a escala instantánea asociados a la acción turbulenta y a la superación de
umbrales de inicio de movimiento en un tramo dado del estuario, generada por la
acción mareal y las descargas bruscas desde las presas o aportes intensos en los
cauces aportadores. En la zona próxima a la desembocadura la re-suspensión y la
erosión por la acción fluvial y mareal decrece al reducirse la velocidad y la turbulencia
con el incremento de la profundidad y la anchura, pero se intensifica por la acción del
oleaje. Asimismo, es posible que a escalas quincenales y mensuales, se produzca en
el lecho y márgenes una erosión. Los procesos de re-suspensión y erosión de
materiales finos tienen su contrapartida en la velocidad de caída o de decantación que
produce un flujo de sedimentos hacia el lecho.
ƒ
Aportes desde la plataforma exterior y línea de costa: La entrada de sólidos en
suspensión desde el mar depende de las condiciones oceanográficas en el exterior del
estuario, principalmente por el incremento de la capacidad de puesta en suspensión,
de las dinámicas de oleaje y viento (fenómenos de surgencia y hundimiento), de la
forma de la pluma de descarga y del “taponamiento” de la descarga. La acción del
oleaje y la dinámica mareal pueden introducir sedimentos tanto por erosión de la zona
exterior como por transporte hacia el interior del estuario de los sólidos en suspensión
previamente exportados desde el estuario. Estos aportes se producen de forma
continua con los ciclos de marea y asociados a temporales en la costa. Pueden
reintroducir en el estuario cantidades significativas de sólidos en suspensión de la
pluma de sedimentos que se extiende desde la desembocadura en dirección
transversal al eje del estuario y deformada según las corrientes dominantes. El
transporte de sedimentos (esencialmente de arena) a lo largo de la línea de costa por
la punta del Malandar, no es despreciable y su efecto se observa en el avance de la
arena hacia el interior del estuario y la reducción de la sección de la desembocadura.
ƒ
Sedimentación: Con independencia del origen marino o terrestre de los sedimentos,
una vez en el estuario los procesos de sedimentación o decantación y re-suspensión
de las partículas previamente sedimentadas son controlados por el régimen del campo
de velocidades y el tamaño efectivo de las partículas. La capacidad de transporte de un
flujo de agua, así como el diámetro de las partículas que permanecen en suspensión,
aumenta en términos medios con el módulo de su velocidad y viceversa. La velocidad
neta de sedimentación depende del tamaño de partícula y de su densidad pero la
relación entre estos parámetros varía según se trate de partículas de tamaño medio a
grande o partículas finas. En general, cualquier sedimento de tamaño superior a 15 μm
sedimentará rápidamente en agua (con una velocidad entre 70 cm/h y 50 cm/h, para
tamaños inferiores y máximos, respectivamente); en el otro extremo, partículas de limo
y arcilla de diámetro menor a 4 μm sedimentan mucho más lentamente (con velocidad
entre 5 cm/h y 1 mm/día) y permanecen durante un intervalo de tiempo prolongado en
el agua causando la turbidez característica de muchos estuarios. Por tanto, así como
los tamaños mayores sedimentan con facilidad en el estuario y por tanto avanzan
distancias pequeñas desde su punto de entrada al mismo, los tamaños muy finos se
pueden mantener en suspensión durante varios ciclos de marea y progresar aguas
arriba (si proceden del mar) o abajo (si proceden del río) en el estuario desde su punto
de entrada. La presencia de sales en el agua influye en la dinámica de sedimentación
favoreciendo la floculación de partículas de sedimentos finos y aumentando la
densidad del agua.
ƒ
Floculación: Los sedimentos que dominan en un estuario son aquellos de tamaños
finos que han superado las pérdidas de carga hidráulica del cauce principal a lo largo
de su recorrido desde las cuencas de cabecera hasta el borde continental, y la
retención de los embalses que regulan la red fluvial. Las condiciones salinas de las
aguas del estuario favorecen la formación y mantenimiento de flóculos por aumento de
su cohesividad y fomento de colisiones entre partículas individuales. Estos flóculos son
agregados de partículas de arcilla y limos más finos de tamaño equivalente a los
tamaños medios y mayores de la categoría limo (partículas individuales de diámetro 1.5
μm pueden formar agregados estables que sedimentan como diámetros equivalentes
de 7.0 μm). La formación de flóculos se ve favorecida por la actividad biológica que
puede aumentar la cohesividad de partículas por recubrimiento de su superficie exterior
e inhibe la difusión turbulenta.
5.1.2.
Definiciones, escalas y máximo estuarino
La existencia de sólidos en suspensión en el agua provoca la pérdida de su transparencia, en
otras palabras, genera turbidez. La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de Turbidez
(Nefelometric Turbidity Unit, NTU). La turbidez proporciona, además, una estimación de la
concentración de TSS (Sólidos Totales en Suspensión), lo que de otra forma es un parámetro
complicado de medir. Los sólidos en suspensión son partículas pequeñas, inmersas en un
fluido que actúa sobre la partícula con fuerzas en direcciones aleatorias, que contrarrestan la
fuerza de la gravedad, impidiendo así que el sólido se deposite en el fondo. Los factores que
hacen que una partícula no se decante en el fondo son el tamaño, densidad y forma de la
partícula y la velocidad del agua.
Uno de los aspectos distintivos de estuarios es la presencia de máximos de turbidez, i.e. zonas
de elevadas concentraciones de sedimentos en suspensión y ubicadas donde se encuentra el
límite de penetración de la salinidad hacia el interior del estuario. En un estuario se pueden
localizar una o varias zonas donde se producen máximos de turbidez, que se desplazan aguas
arriba o abajo en el estuario de forma cíclica, siguiendo la marea y las descargas fluviales.
Estos puntos de turbidez máxima identifican zonas donde el flujo mareal se reduce
significativamente y donde los sedimentos transportados por la marea y aquellos transportados
por el río se encuentran. El máximo de turbidez contiene un elevado porcentaje de partículas
sólidas muy finas. El sedimento es cohesivo y las partículas floculan, formando agregados. A
medida que su dimensión crece, la densidad disminuye y su velocidad de caída aumenta. Por
ello en el máximo de turbidez es importante la interacción entre las propiedades del flujo y las
propiedades del sedimento.
La concentración de sólidos en suspensión varía también en marea viva y muerta. Los
elevados esfuerzos de corte durante marea viva pueden erosionar más sedimentos y producir
más turbulencia. A medida que la amplitud de la marea decrece, los sedimentos se depositan
progresivamente y no todo lo que se ha depositado se erosiona en la siguiente marea,
induciendo la acumulación de un sedimento muy fino. Finalmente, la ubicación del máximo de
turbidez depende del caudal del río y se mueve hacia la desembocadura cuando las descargas
son elevadas. Asociado a la ubicación del máximo de turbidez existe generalmente una zona
de acumulación de sedimentos que produce asomeramiento y que a su vez puede inducir
problemas de navegación y requerir dragado.
La dinámica de sedimentos en suspensión se puede describir, caracterizar y cuantificar con las
escalas de los movimientos de los agentes que los gobiernan y de la geometría del estuario. La
concentración de sedimentos en suspensión depende de la marea, de las variaciones
estacionales, de las descargas del río y de tormentas en el estuario. En el tiempo, la
19
concentración de sólidos en suspensión evoluciona en un ciclo mareal (12.45 horas), se ve
afectada de forma significativa por la componente cuartidiurna, M4, responde a la secuencia de
mareas vivas y muertas (14 y 28 días) y, puntualmente, a la descarga fluvial y a las tormentas.
De forma análoga, en el ámbito espacial, varia a lo largo y ancho del estuario y, además, con la
profundidad.
A la hora de definir un valor de turbidez a considerar extremo, se parte de la curva de
frecuencias acumuladas de valores instantáneos de concentración de sólidos en suspensión en
el punto de control de la red ICA situado en el tramo medio-bajo del estuario, La Señuela,
elaborada para el período del que se dispone de datos, 1981-2008. Se observa que podrían
agruparse los registros en 3 intervalos, encontrándose entre éstos el 50% de los datos del
período en estudio, siendo:
•
Turbidez baja: Referida a valores de concentración situados entre
200 y 500 mg / l ,
aproximadamente el 50% de los datos no superan este umbral.
•
Turbidez media: Referida a valores de concentración de
500 − 900 mg / l ,
correspondiendo el límite inferior al percentil 80.
•
Turbidez extrema (picos): Se incluyen en este grupo valores de concentración
superiores a 900 mg / l , dentro de los cuales tan sólo se encuentra un 10% de los
registros, siendo el resto de las medidas inferior a este valor límite.
En función del objetivo del análisis y de la información disponible en este capítulo se aplican
diferentes promedios en el espacio y en el tiempo de las variables de estado. Estas cantidades
medias son las que gobiernan el comportamiento medio de los sólidos en suspensión a lo largo
del estuario y a lo largo del tiempo, así como la capacidad de limpieza o extracción de los
sólidos en suspensión hacia el mar.
Se define el promedio temporal de una variable instantánea
ζ (x , y, z ;T ) =
1
T
ζ como
t +T
∫
ζ (x , y, z ; τ )d τ ,
(3.1)
t
siendo T el periodo de tiempo sobre el que se promedia. En este capítulo son relevantes los
siguientes promedios temporales a escala
•
•
•
•
•
20
Turbulenta: escala en la que se promedian los valores instantáneos para separar el
valor medio y las fluctuaciones turbulentas (T= 1-3 s). En este estudio no se disponen de
datos con una frecuencia de muestreo tan alta.
Instrumental o de estado: escala de tiempo fijada por la resolución temporal
proporcionada por los instrumentos instalados que, en el contexto mareal, se adopta
como la duración del estado mareal o tiempo en el que se admite que la dinámica
mareal es estacionaria.
Mareal semidiurna: asociada a la variación semidiurna de la marea astronómica, M2,
S2, N2, con TM 2 = 12.45 h .
Sobremareal: movimientos a frecuencias múltiplos de la mareal semidiurna generadas
por la interacción no lineal entre constituyentes semidiurnas entre sí. A frecuencia doble
de la M2 se tiene la M4, TM 4 = TM 2 / 2 = 6.22 h , y con otras de periodo cercano
MN4, MS4.
Submareal: movimientos de baja frecuencia por interacción no lineal de las
constituyentes mareales entre sí; Msf, Mm, con periodos significativos de
TMsf = 14.22 días y TMm = 28.44 días .
•
•
•
Escalas meteorológicas: típicamente unos pocos días, asociadas a descargas
fluviales, al paso de las borrascas extratropicales y al régimen de brisas locales y
remotas.
Estacional: con periodos de varios meses relacionados con la duración de las
estaciones en el estuario del Guadalquivir y su entorno.
Anual: con periodos de TAnual = 365 días .
En cuanto a los espaciales, el promedio en la columna de agua de una variable instantánea ζ
es:
ζ=
1
η + h0
η
∫
−h0
ζ (x , y, z ; t )dz
(3.2)
siendo z la componente vertical. En este capítulo son relevantes los siguientes promedios
espaciales (véase Capítulo 3)
• En la profundidad η + h y se denota ζ .
•
En la anchura de la sección B , y se denota ζ .
•
En la sección A , y se denota ζ
•
En un tramo longitudinal del estuario Tr.
5.2. Formulación del problema
La dinámica de sólidos en suspensión se describe empleando un modelo unidimensional. Los
procesos relevantes se describen a través de tres ecuaciones: (i) movimiento del agua, (ii)
balance de masa de partículas en suspensión, y (iii) modelo de floculación.
5.2.1.
Definición de variables, consecuencias y factores
importantes
La ecuación unidimensional de momento horizontal de agua resulta:
∂u 1 ∂p
∂
+
=
ρ ∂x
∂t
∂z
sk
⎡
⎤
⎢(υ + υ ) ∂u + τ xz ⎥ − 2 τsf ,
T
⎢
ρ ⎥⎥ ρ b
∂z
⎢⎣
⎦
con las condiciones de contorno en el fondo y superficie libre:
{
τb = ρ (υ + υT )
∂u
+ τxzsk
∂z
}
{
; τs = ρ (υ + υT )
z =Zbc
∂u
+ τxzsk
∂z
(3.3)
}
,
(3.4)
z =Zs
donde el sistema de coordenadas se especifica en el esquema de la Figura 5.1.
21
Figura 5.1. Esquema definición de las variables empleadas en la ecuación del momento y transporte.
Las variables empleadas en las ecuaciones anteriores son la anchura del canal b , la presión
p , el tiempo t , u la velocidad horizontal del flujo (positiva según el eje x , estuario arriba), z
sk
la coordenada vertical, ρ la densidad de la masa de agua, τ xz es el esfuerzo entre partículas
υ la difusión molecular y υT es la viscosidad de remolino.
2
Esta última viene dada por un modelo estándar κ − ε de turbulencia como υT = cμκ ε ,
para la consolidación del fango,
donde
κ , ε y cμ representan, respectivamente, la energía cinética turbulenta, la disipación
turbulenta y un coeficiente.
sk
El tensor de esfuerzo viene dado por τ xz = μmud ∂u / ∂z , donde
μmud =
Siendo ay = 0.02 ,
ay τy
1 + a y ∂u ∂z
+ μs ,
(3.5)
∂u ∂z = 10−3 s −1 , τxzsk = 0.95τy y μs = K μφpn . La resistencia del
fango es
2
τy = K y φp3−nf .
(3.6)
En las expresiones anteriores existen tres parámetros empíricos: K μ , K y y n f , siendo esta
última la dimensión fractal que puede variar entre 2 y 6 para diferentes tipos de fango. La
concentración de una partícula unitaria o primaria de los flóculos está relacionada con la
concentración de masa c y la densidad de sedimentos ρs según la relación
φp = ∑(i ) c (i ) / ρs . El efecto de fricción inducido en las márgenes es τsf = λsf ρ u u , donde
λsf es el coeficiente de fricción.
Se desprecian los términos horizontales de advección y, por tanto, se supone que el número de
Froude del flujo es pequeño. Además, se ha despreciado la componente vertical de la
velocidad que se asume despreciable con respecto a la horizontal. Sin embargo, dicha
componente puede llegar a ser del mismo orden de magnitud que la componente horizontal si
se considera un fondo móvil que varía en el espacio.
Asimismo, se consideran las velocidades verticales inducidas por las variaciones del nivel de
agua en el tiempo. La concentración de sedimentos en suspensión promediada en la vertical al
variar del nivel de agua se conserva. Sin embargo, la masa total, integrada en la columna de
agua, no se conserva, pues los sedimentos pueden depositarse, ser resuspendidos o
simplemente transportados.
El término de presión se ajusta del siguiente modo para mantener una velocidad promediada
en la vertical dependiente del tiempo:
22
τ − τb u(t ) − u 0 (t )
1 ∂p
= s
+
,
ρ ∂x
ρh
Trel
u(t ) =
1 Zs
u(z ', t )dz ' ,
h ∫Zbc
(3.7)
donde Trel es el tiempo de relajación, u es la velocidad del flujo promediada en la vertical, u 0
la velocidad del flujo ajustada (también promediada en la vertical), Zbc la altura de rugosidad
aparente, τb es el esfuerzo de corte en el fondo y τs es el esfuerzo de corte en superficie.
Concretamente, τb = ρ u*b u*b ,
u*b =
κu(Zbc + Δzb 2)
ln(1 + Δzb 2 Zbc )
5.2.2.
donde
κ
es
la
constante
de
von
Karman
y
.
Términos de erosión – depósito y floculación
La ecuación de balance de masa de los sedimentos en suspensión se modela con la siguiente
la ecuación de advección – difusión para las diferentes fracciones de sedimentos, indicadas en
la ecuación siguiente con el superíndice i
(i ) ⎫
∂c (i )
∂
∂ ⎪⎧⎪ (i )
(i ) (i )
(i ) ∂c ⎪
⎪⎬ = 0.
−
−
+
Γ
w
c
D
{
}
⎨( s
s
T )
⎪
∂t
∂z
∂z ⎩⎪
∂z ⎪⎭⎪
(3.8)
Aquí, Ds = kBT 6πμD es el coeficiente de difusión molecular de sedimentos, función de la
−23
dimensión de la partícula D , de la constante de Boltzman kB = 1.38 ⋅ 10
J / K , de la
temperatura absoluta del agua T y de la viscosidad dinámica de los sedimentos en
suspensión μ . El coeficiente ΓT = υT / σT es la difusividad turbulenta, donde υT coeficiente
de viscosidad turbulenta definido anteriormente y σT es el número turbulento de PrandtlSchmidt. El término de deposición está controlado por la velocidad efectiva de caída del
sedimento ws .
Las condiciones de contorno en la superficie libre y en el lecho implican que:
{ws
(i ) (i )
c
} z =Zs = 0;
(i ) ⎫
⎧⎪⎪ (i )
(i ) ∂c ⎪
⎪⎬
=0
⎨(Ds + ΓT )
⎪⎩⎪
∂z ⎪⎭⎪ z =Z
s
(3.9)
y
{ws(i )c(i ) } z =Zb = Eb,c ;
(i ) ⎫
⎪⎧⎪ (i )
(i ) ∂c ⎪
⎪⎬
⎨(Ds + ΓT )
⎪⎩⎪
∂z ⎪⎭⎪
=0,
(3.10)
z =Zbc
habiendo asumido que los términos difusivos son nulos en el lecho y en la superficie libre. En el
lecho ( z = Zbc ), se aplica la fórmula clásica de Partheniades:
Eb,c = −ws (i )c (i ) + M (i )S (θe(i ) − 1),
(3.11)
donde M es un parámetro empírico de erosión, θe = τb / τe es un esfuerzo de corte límite
τe es el esfuerzo de corte límite para la erosión y S es una
función paso, i.e. S = x para x > 0 y S = 0 para x ≤ 0 .
(adimensional) para la deposición,
Como se ha explicado anteriormente, la formación de flóculos favorece la deposición del
sedimento. Este mecanismo se puede modelar con la siguiente ecuación:
23
⎞⎟ ∂ ⎛ ∂N ⎞
∂N
∂ ⎜⎛⎜(1 − φ* )(1 − φP )
⎟⎟ −
⎟
⎜
w
N
+
s ,r
⎜
⎟⎟ ∂z ⎜⎝⎜ΓT ∂z ⎟⎟⎠ =
∂t
∂z ⎜⎜⎝ (1 + 2.5φf )
⎠
3
nf
= −kA' kN3 (1 − φ* )Gc N
2nf −3
nf
p
−1
1
⎛
⎞⎟ 2q nf −2q
' 2q q +1 ⎜
nf
nf
+ kBkN G ⎜⎜kN c N − Dp ⎟⎟ c nf N nf ,
⎟⎠
⎜⎝
donde Dp es el diámetro de las partículas, G =
(3.12)
(ε υ) el parámetro de esfuerzo tangencial y
kA' = 1.5eced π el parámetro de floculación. En este último, eced es el parámetro de eficiencia
'
−p
de floculación, kB = aeb Dp
q
(μ / Fy )
es el parámetro de rotura del flóculo, aeb el parámetro
de eficiencia de rotura, Fy la resistencia de los flóculos y
μ , ya definido anteriormente, la
(
nf −3
viscosidad dinámica de los sedimentos en suspensión. El factor kN es Dp
1/ nf
/ fs ρs )
, N
es el número de concentración de los flóculos, φ* = min {1, φ} y p = 3 − n f y q = 0.5 son
coeficientes empíricos. El número de concentración
diámetro del floculo Df se relacionan según
N =
N , la concentración de masa c y el
1 c nf −3 −nf
Dp D f .
fs ρs
(3.13)
La relación entre la concentración volumétrica φ y de masa c en función la densidad del
floculo ρf es:
⎛ ρ − ρ ⎞⎟ c
c ⎢⎡ Df ⎥⎤
w ⎟
φf = ⎜⎜⎜ s
=
⎟
ρs ⎢⎢⎣ Dp ⎥⎦⎥
⎝⎜ ρ f − ρw ⎟⎠ ρs
3−nf
.
(3.14)
La relación entre la dimensión del floculo Df y la velocidad de caída de una partícula ws ,r en
agua es:
ws ,r
Dfnf −1
α (ρs − ρw ) 3−nf
=
Dp
,
18β
1 + 0.15 R 0.687
μ
ef
(3.15)
donde R e f = w s ,r D f / υ es el número de Reynolds para el flóculo.
Así pues, a partir de la formulación teórica, la evolución de la velocidad de caída se obtiene
resolviendo simultáneamente el siguiente sistema de ecuaciones diferenciales:
⎧
(i ) ⎫
⎪
⎧
∂c (i )
∂
∂ ⎪
⎪
(i ) (i )
(i )
(i ) ∂c ⎪
⎪
⎪
⎪
−
−
+
Γ
w
c
D
{
}
⎨( s
⎬= 0,
s
T )
⎪
⎪
⎪
⎪
∂
∂
∂
∂
t
z
z
z
⎪
⎪
⎩
⎭
⎪
⎪
⎪
⎛
⎞
⎪
∂N
∂ ⎜⎜ (1 − φ* )(1 − φP )
⎟ ∂ ⎛⎜ ∂N ⎞⎟
⎪
⎪
+
ws ,r N ⎟⎟⎟ −
⎨
⎟=
⎜
⎜ΓT
⎪
∂t
∂z ⎜⎝⎜ (1 + 2.5φf )
∂z ⎠⎟
⎟⎠ ∂z ⎝⎜
⎪
⎪
⎪
p
3
2nf −3
1
−1
⎪
⎛
⎞ 2q nf −2q
⎪
⎟
' 3
' 2q q +1 ⎜
nf
nf
nf
nf
⎪
−kAkN (1 − φ* )Gc N
+ kB kN G ⎜⎜kN c N − Dp ⎟⎟ c nf N nf ,
⎪
⎪
⎟⎠
⎜⎝
⎪
⎪
⎩
24
(3.16)
donde el diámetro del floculo Df y la velocidad de caída ws ,r se obtienen con las expresiones
anteriores (Eq. (3.13) y (3.15)). Para establecer la dimensión fractal de los fragmentos se
emplea la Eq.(3.14). Las condiciones de contorno son las dadas en Eq.(3.9) y (3.10), y para el
lecho Eq.(3.11). En la Eq.(3.16), el diámetro De y la densidad ρ f ,e de equilibrio del floculo se
obtienen, respectivamente, como
De = Dp +
kAc
,
kB G
(3.17)
y
ρf ,e
⎡D ⎤
= ρw + (ρs − ρw ) ⎢ p ⎥
⎢ De ⎥
⎣ ⎦
(
En estas expresiones kA = 0.75ec πed / fs ρs Dp
)y
3−nf
.
(3.18)
kB = kB' / n f . En general, para modelar
el problema hay que especificar los siguientes parámetros empíricos: aeb , eced , Dp , Fy , fs ,
nf 1 , nf 2 , p , q , α y β .
5.3. Datos y análisis
El estado del estuario se caracteriza por un conjunto de variables medidas a lo largo del
mismo. La interacción de procesos meteorológicos, fluviales, mareales y litorales precisa
destacar las diferentes escalas con que cada uno de ellos sucede para comprender su
desfase/acoplamiento y las tendencias en la dinámica de los sólidos en suspensión en el
estuario a corto, medio y largo plazo.
Los equipos de la red de mareógrafos registran la presión en la columna de agua y la
temperatura, están ubicados en estacas a lo largo del cauce (véase Figura 5.2) y referenciados
respecto a los clavos del Instituto Geográfico Nacional. La red integra los equipos instalados
para este trabajo y los dos equipos de la de Red de Mareógrafos del Estado (REDMAR)
ubicados en Bonanza y en el Puerto de Sevilla. La Figura 5.2 incluye la ubicación de la
estación meteorológica de Salmedina, ubicada frente a los bajos de Chipiona.
Los correntímetros acústicos perfiladores (ADCPs) en el estuario interior, también instalados y
mantenidos por el ICMAN-CSIC (véase ubicaciones en Figura 5.2) toman muestras de
velocidad desde el 8 de enero de 2008 de la corriente euleriana por componentes (Norte, Este
y vertical) cada 15 min a 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 metros de la superficie libre. Los datos vienen dados
en cm/s. Al igual que los equipos CTDs (descritos, además de en el Anejo A), los
correntímetros están instalados en boyas de balizamiento de la Autoridad Portuaria de Sevilla.
En el Anejo A se detallan las fuentes de datos utilizadas, haciendo referencia a su frecuencia y
magnitud de medida, así como a las fuentes de las que han sido obtenidos y un resumen de los
métodos de calibración. En la Figura 5.2 se presenta la ubicación de los equipos instalados a lo
largo del estuario. En la Tabla 5.1 se muestran las ubicaciones de los CTD que registran las
medidas de turbidez.
CTD0
0
CTD1
17.30
CTD2
23.60
CTD3
26.20
CTD4
35.30
CTD5
47.10
CTD6
57.60
CTD7
84.30
Tabla 5.1. Puntos kilométricos donde se ubican los equipos CTD en km desde la Broa.
25
Figura 5.2. Ubicación a lo largo del cauce de los equipos instalados por el ICMAN-CSIC, además de los
mareógrafos de la REDMAR. En rojo se muestran los CTDs, en amarillo se muestran los correntímetros
ADCPs, en verde los mareógrafos TGs y en naranja la estación meteorológica de Salmedina. Se indica además
la numeración de los equipos cuyos datos han sido usados en este informe.
5.3.1.
Variables instantáneas, básicas y promediadas
(vertical y temporal)
El valor de la turbidez capturada por la red de boyas de medida (CTDs) está disponible en
Voltios y en NTU, convertida a FTU (Formazine Turbidity Units). El valor en FTU es
proporcional a la concentración de los sólidos en suspensión y es una variable instantánea que
evoluciona en el tiempo, y varía en el espacio según el eje longitudinal del estuario y además
varia en la profundidad. La Figura 5.3 muestra el registro de la turbidez medida en el CTD1
(Cepillos) y el CTD5 (La Mata) a un metro bajo la superficie del agua durante el año 2008-2009,
representativos de las partes baja y alta del estuario. La Figura 5.3 incluye también la curva de
caudales medios diarios vertidos desde la presa de Alcalá del Río.
Se puede observar la variabilidad temporal de la turbidez durante dos regímenes de caudales:
(i) régimen de caudales intermedio (con caudal desembalsado desde la presa de Alcalá
3
superior a 500 m / s ) con picos de turbidez que superan los 8000 FTU (régimen extremo) en
el primer CTD1, llegando a saturar el instrumento, y que llegan hasta los 4000 FTU (también
régimen extremo) en el segundo CTD5; (ii) régimen de caudales bajos (cuando los caudales
3
desembalsados están por debajo de 100 m / s ), con picos de turbidez que están siempre por
debajo de 1000 FTU en ambos CTDs.
Los registros muestran, aproximadamente dos veces al mes, máximos y mínimos relativos,
relacionados con los ciclos de marea viva y muerta. Cuando se incrementa la descarga fluvial
la turbidez asciende, necesitando de un cierto tiempo de relajación para regresar al patrón
gobernado por al dinámica mareal. No obstante, durante el régimen de caudales intermedio la
turbidez conserva el patrón de máximos y mínimos relativos.
En la Figura 5.4 se muestra la evolución temporal de la turbidez en cuatro profundidades
observada en los mismos CTDs durante un intervalo de tiempo de, aproximadamente, una
semana de duración en régimen mareal. Como se puede observar, la turbidez varia con la
profundidad y alcanza valores máximos cerca del fondo.
26
Q>500m3/s
Q>500m3/s
Q>100m3/s
Q>150m3/s
Figura 5.3. Evolución temporal a 1 m de profundidad de la turbidez (FTU) en los CTD1 (Cepillos) y CTD5 (La
Mata). Además se incluye la curva de caudales medios diarios vertidos desde la presa de Alcalá del Río.
La turbidez evoluciona con el ciclo de marea alcanzando valores máximos alrededor de media
marea, llenante y vaciante, pero, a diferencia de la salinidad, puede presentar más de un pico
de turbidez en el semiciclo mareal (Figura 5.4). Este comportamiento se intensifica hacia aguas
arriba del estuario y se manifiesta, también en la toda la columna de agua. La turbidez máxima
se alcanza en las inmediaciones del fondo. Analizada la variabilidad espacial y temporal de las
variables instantáneas, éstas pueden promediarse en el tiempo y en el espacio siguiendo lo el
apartado anterior.
27
27
26
25
Q (m3/s)
24
23
22
21
20
19
18
17
07/22/08
07/23/08
07/24/08
07/25/08
07/26/08
Fecha
07/27/08
07/28/08
07/29/08
1400
z=-1m
z=-2m
z=-3m
z=-4m
1200
Turb CTD1 (FTU)
1000
800
600
400
200
0
07/22/08
07/23/08
07/24/08
07/25/08
07/26/08
Fecha
07/27/08
07/28/08
07/29/08
1000
z=-1m
z=-2m
z=-3m
z=-4m
900
800
Turb CTD5 (FTU)
700
600
500
400
300
200
100
0
07/22/08
07/23/08
07/24/08
07/25/08
07/26/08
Fecha
07/27/08
07/28/08
07/29/08
Figura 5.4. Evolución temporal instantánea (con periodo de muestreo de 30min) a 4 profundidades de la
turbidez en los CTD1 y CTD5 en régimen mareal. Los datos de caudal (panel superior) han sido interpolados
linealmente a los tiempos de muestreo de los CTDs.
28
5.3.2.
Análisis armónico y espectral
Se han realizado los análisis espectral y armónico de series temporales de turbidez. Se han
considerado registros de tres meses de duración en los que la descarga media diaria desde la
3
presa de cebecera fue inferior a 100 m / s , para que los análisis fueran representativos de la
acción mareal. Los resultados obtenidos para los CTD1, CTD2, CTD4, CTD5 y CTD6, se
muestran en la Figura 5.5, Figura 5.6, Figura 5.7, Figura 5.8 y Figura 5.9, respectivamente.
Analizando las gráficas, se evidencia que las constituyentes más significativas en todos los
registros del interior del estuario son las Msf (submarea), M4 (sobremarea) y M2 (semidiurna).
En el CTD3, las constituyentes diurnas también son importantes a 1m de la superficie libre,
mientras que a mayor profundidad dejan de serlo. Esto podría ser debido a vertidos puntuales
en la zona procedentes de riego, aunque para comprobar este extremo sería necesario una
campaña de campo específica.
CTD1
Figura 5.5. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD1 a 1m por debajo de la superficie
libre. Panel superior derecho: ubicación del CTD1. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en
la posición del CTD1; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido energético del registro.
Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis espectral en la posición del CTD1.
29
CTD2
Figura 5.6. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD2 a 1m por debajo de la superficie.
Panel superior derecho: ubicación del CTD2. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en la
posición del CTD2; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido energético del registro.
Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis espectral en la posición del CTD2.
CTD4
30
Figura 5.7. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD4 a 1m por debajo de la superficie
libre. Panel superior derecho: ubicación del CTD4. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en
la posición del CTD4; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido energético del registro.
Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis espectral en la posición del CTD4.
CTD5
Figura 5.8. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD5 a 1m por debajo de la superficie
libre. Panel superior derecho: ubicación del CTD5. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en
la posición del CTD5; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido energético del registro.
Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis espectral en la posición del CTD5.
31
CTD6
Figura 5.9. Panel superior izquierdo: muestra de la serie registrada en CTD6 a 1m por debajo de la superficie
libre. Panel superior derecho: ubicación del CTD6. Panel inferior izquierdo: resultado del análisis armónico en
la posición del CTD6; las constituyentes marcadas en azul suman el 95% del contenido energético del registro.
Panel inferior derecho: resultado en V 2 / hora del análisis espectral en la posición del CTD6.
En la Tabla 5.2 y Tabla 5.3 se muestran los valores de la amplitud y la fase, respectivamente,
de las constituyentes más representativas en los ocho puntos de medida, desde la
desembocadura hasta la cabecera del estuario.
CTD0
CTD1
CTD2
CTD3
CTD4
CTD5
CTD6
CTD7
M2
0.07±
0.01
0.87±
0.11
1.4±
0.2
0.8±
0.5
1.1±
0.3
0.6±
0.2
0.7±
0.3
2.0±
0.3
S2
0.04±
0.01
0.3±
0.1
0.6±
0.2
0.1±
0.4
0.1±
0.2
0.06±
0.15
0.17±
0.17
1.0±
0.3
N2
0.02±
0.01
0.25±
0.11
0.36±
0.19
0.2±
0.4
0.2±
0.3
0.1±
0.2
0.1±
0.2
0.6±
0.3
M4
0.025±
0.01
0.590±
0.25
0.805±
0.21
0.450±
0.40
0.407±
0.23
0.279±
0.20
0.369±
0.25
0.751±
0.28
MS4
0.02±
0.01
0.3±
0.2
0.4±
0.2
0.2±
0.3
0.2±
0.2
0.2±
0.2
0.2±
0.2
0.6±
0.3
MN4
0.01±
0.01
0.14±
0.19
0.3±
0.2
0.1±
0.3
0.2±
0.2
0.1±
0.1
0.2±
0.2
0.3±
0.3
K1
0.02±
0.01
0.10±
0.06
0.26±
0.07
0.5±
0.4
0.20±
0.16
0.07±
0.07
0.12±
0.12
0.20±
0.12
O1
0.01±
0.01
0.08±
0.06
0.09±
0.07
0.8±
0.4
0.11±
0.13
0.06±
0.06
0.2±
0.1
0.12±
0.11
Q1
0.004±
0.000
0.04±
0.05
0.06±
0.07
0.2±
0.3
0.03±
0.13
0.02±
0.04
0.02±
0.07
0.09±
0.11
Msf
0.04±
0.02
0.9±
0.2
1.7±
0.3
2.1±
0.2
0.8±
1.1
0.3±
0.4
0.6±
0.9
0.7±
0.3
Mm
0.02±
0.02
0.4±
0.2
0.8±
0.3
2±
3
0.8±
1.2
0.3±
0.4
0.6±
0.8
0.8±
0.3
−1
Tabla 5.2. Amplitudes en Voltios de las constituyentes armónicas en cada CTD para la turbidez ( ×10
por debajo de la superficie libre.
32
) a 1m
CTD0
CTD1
CTD2
CTD3
CTD4
CTD5
CTD6
CTD7
M2
230±
10
201±
7
309±
8
70±
50
291±
19
20±
20
60±
24
118±
9
S2
271±
16
260±
20
350±
20
340±
190
300±
200
170±
160
200±
80
175±
16
N2
240±
30
230±
20
300±
30
290±
140
300±
100
70±
100
120±
90
110±
30
M4
94±
20
3±
30
120±
20
260±
50
130±
40
120±
40
110±
40
240±
30
MS4
150±
30
40±
40
180±
30
110±
120
170±
60
150±
60
130±
60
300±
30
MN4
150±
50
30±
100
170±
50
260±
170
200±
80
120±
80
120±
90
250±
60
K1
78±
13
300±
30
190±
16
230±
40
330±
60
140±
60
280±
60
100±
30
O1
50±
40
120±
30
40±
50
160±
30
60±
90
350±
80
30±
30
270±
60
Q1
90±
90
20±
70
40±
80
330±
120
80±
200
50±
160
7±
190
70±
70
Msf
30±
30
65±
14
69±
12
340±
90
70±
80
50±
70
60±
80
60±
20
Mm
300±
40
40±
30
20±
20
70±
90
160±
80
200±
100
200±
90
50±
20
Tabla 5.3. Fases en º Greenwich de las constituyentes armónicas en cada CTD para la turbidez a 1m por debajo
de la superficie libre.
5.3.3.
Análisis
sedimentación
de
los
términos
de
erosión
y
Si bien el sistema de ecuaciones descrito en el apartado anterior permite la determinación
completa del movimiento del agua y de los sedimentos, y su consecuencia en la turbidez y en
el movimiento del lecho, se facilita el análisis de la señal medida y de los procesos que
intervienen en ella, describiendo la estructura matemática de los términos de erosión y
sedimentación, su dependencia del campo de velocidades y el balance entre ambos términos.
5.3.3.1. Tasa de erosión del lecho
La tasa temporal de erosión del lecho Er (t ) debida a la acción de una corriente mareal o fluvial
es proporcional a una potencia de la velocidad.
Si,
u (t ) > uc , Er (t ) ≈ ρ w f b u (t ) , y si u (t ) ≤ uc , Er (t ) = 0 ; en la expresión fb es el
n
coeficiente de fricción en el fondo, uc es la velocidad de inicio de movimiento (que a efectos
prácticos del cálculo, se puede considerar nula) y la potencia de la velocidad toma valores en el
intervalo 2 ≤ n < 5 .
En el caso del Guadalquivir las dos componentes más energéticas de la onda de marea son las
semidiurnas M2 y S2. Una estructura típica del campo de velocidades está formada por la
superposición lineal de las velocidades debidas a aquellas componentes y la resultante de las
corrientes residuales incluyendo la corriente fluvial. Adoptando el valor n = 2, la tasa temporal
de erosión tiene la siguiente forma
33
(uM 2 cos ωM 2 t + uS2 cos ωS2 t + ur ) 2 =
1
= ur2 + uM2 2 (1 + cos ωM 4 t ) +
2
1
+ uS22 (1 + cos ωS4 t ) +
2
+ 2ur (uM 2 cos ωM 2 t + uS2 cos ωS2 t ) +
(3.19)
+ uM 2 uS2 (cos ωM sf t + cos ωMS4 t ) ,
donde ur es la corriente asociada a la descarga fluvial. La señal de erosión en el lecho y, en
consecuencia, la de la concentración de sólidos en suspensión, contiene información de las
componentes semidiurnas, cuartidiurnas, quincenales y de las corrientes residuales. En el
primer tramo del estuario, Broa – Bonanza dominan las componentes semidiurnas; pero en el
tramo central, una vez que la amplitud de las componentes cuarto-diurnas es significativa, su
contribución a la tasa de erosión es relevante. En el tramo de cabecera, se reduce la amplitud
de estas componentes y la erosión se produce, principalmente, por la corriente residual y la
componentes semidiurnas, amplificadas por las corrientes residuales y moduladas por los
ciclos de mareas vivas y mareas muertas.
Cuando las corrientes residuales están dominadas por las descargas del río, la tasa de erosión
se puede escribir de la siguiente forma,
Er (t ; x) ∼ [a (t ; x)U r + b(t ; x)]2 , donde los coeficientes
modulan el potencial erosivo con el periodo semidiurno y quincenal, enmascarando el papel
desempeñado por las corrientes cuarti-diurnas.
Este análisis se puede extender para incluir el efecto de las componentes diurnas,
especialmente la componente K1 , pero no añade sustancialmente ningún fenómeno nuevo al
ya descrito.
5.3.3.2. Tasa de sedimentación en la columna de agua
Por otra parte, la sedimentación depende del tamaño de grano, la floculación y del nivel de
turbulencia de forma compleja. El cociente de los tiempos de sedimentación (advectiva) y
resuspensión (turbulenta) se conoce como número de Peclet, K z / ( hws ) , donde ws es la
velocidad de sedimentación. El coeficiente de viscosidad de remolino efectivo K z depende del
coeficiente de arrastre, la amplitud de la corriente mareal y de la sección (profundidad y
anchura), con lo que el número de Péclet se puede expresar como fU / ws , donde U es la
amplitud de la velocidad de la marea. Una vez que el grano ha alcanzado el lecho, puede
reflejarse o ser absorbido por él. En general, habrá un comportamiento intermedio: parte del
sedimento será reflejado de nuevo hacia la superficie y parte quedará atrapado en el suelo,
dependiendo del estado del suelo y de la dinámica mareal.
5.3.3.3. Balance erosión – sedimentación
El estuario del Guadalquivir tiene las aguas bien mezcladas y la fracción fina del sedimento
(dominante en todo el estuario, excepto en la desembocadura) alcanza la superficie y el
número de Péclet es muy alto. Si la tasa de sedimentación varía exponencialmente en el
tiempo, según la forma exp(− μ t ) , el decrecimiento de la concentración en el tiempo se puede
suponer proporcional a la concentración − μ C (t ; x ) , y la evolución temporal para cada una de
las componentes se puede expresar de la siguiente forma
34
Css (t ; x, ω )
Er (t ; x, ω )
h(t ; x) ω 2 + μ 2
(3.20)
,
donde μ es el coeficiente de proporcionalidad y ω es la frecuencia angular de las
componentes relevantes en el proceso de erosión. Además, hay un desfase entre la erosión y
la sedimentación dado por arctg (ω / μ ) .
Para el tipo de sedimentos en el estuario, limo y arcilla, 10 < μ ( s ) < 10 y para las
componentes diurnas, semidiurnas y cuartidiurnas, la reducción de la concentración depende
principalmente del producto ω h . La reconstrucción del lecho es más lenta cuando ha sido
erosionado por las componentes diurnas y más rápida cuando lo ha sido por las cuartidiurnas.
−6
−1
−5
El desfase para estas componentes es de aproximadamente π / 2 , es decir, allí donde domina
la componente Msf los valores máximos de la turbidez ocurrirán, aproximadamente, 3.5 días
después de las corrientes máximas; si domina la componente semidiurna, el máximo de
turbidez ocurrirá, aproximadamente, tres horas después de la presentación de las velocidades
máximas, es decir, aproximadamente, en las estoas de pleamar y en de bajamar. Allí donde la
componente cuartidiurna también es importante, pueden aparecer dos máximos en el ciclo
semidiurno, desfasados, aproximadamente, una hora con respecto a los instantes de velocidad
máxima. La asimetría entre la llenante y la vaciante también afecta al desfase entre los
máximos relativos, ya que dependen del instante en el que ocurren las velocidades máximas.
5.4. Comportamiento de la turbidez según el eje del
estuario con régimen de caudal bajo Q f < 100m3 / s
Con caudales bajos, el estuario se encuentra bien mezclado y la distribución espacial de la
turbidez está forzada por la dinámica mareal y la propagación y transformación de la onda de
marea en el estuario, despreciando el efecto de la corriente fluvial. La variabilidad espaciotemporal de la concentración de los sólidos en suspensión depende de la dinámica mareal
estuarina y sigue los ciclos de mareas vivas y muertas. Los máximos y mínimos relativos, así
como su movilidad, son función, esencialmente, de la amplitud y la fase de cuatro componentes
armónicas: M2, M4, K1 y Msf.
5.4.1.
Variación espacial de las componentes armónicas
de la turbidez
En la Figura 5.10 se presentan respectivamente las amplitudes y las fases de las
constituyentes armónicas semi-diurnas M2, N2 y S2, de las constituyentes armónicas diurnas
O1, K1, Q1 y cuarto diurnas M4, MS4, MN4 para la señal de turbidez (en Voltios) de los CTDs
capturada a 1m desde la superficie libre. A partir del km 50, las amplitudes, sobretodo semidiurnas y cuarto-diurnas, crecen linealmente con la distancia.
Todas las componentes tienen su amplitud máxima entre los kilómetros 20 y 30 de distancia a
la Broa, que es justamente donde se encuentra uno de los dos máximos de turbidez del
estuario. Como se verá, la turbidez presenta otro máximo secundario de turbidez entre El
Mármol y Sevilla asociado a la dinámica estacionaria del último tramo del estuario y al punto
nulo de la intrusión salina.
35
En el estuario interior la señal de turbidez está forzada principalmente por tres componentes:
Msf, M2 y M4. Entre la Broa y Cepillos la señal de turbidez no es muy intensa y las tres
componentes contribuyen de forma análoga; sin embargo, a partir de Esparraguera, la
contribución de la componente quincenal domina claramente la señal, alcanzando el valor
máximo a la altura de Tarfía. A partir de ese tramo, la contribución de la componente M4
excede la contribución de la M2, pero sigue dominando la señal Msf. Este resultado sugiere
que el movimiento de los sólidos en suspensión está gobernado, principalmente, por las
componentes submareales y cuando la circulación asociada a ella se bloquea, por ejemplo, por
la acción del viento local y regional o remoto, dependiendo de su persistencia, la turbidez
puede permanecer con valores altos durante varios periodos consecutivos de quince días de
duración.
0.2
400
M2
N2
S2
0.18
M2
N2
S2
350
0.16
300
Fase (°Greenwich)
Amplitud (Voltios)
0.14
0.12
0.1
0.08
250
200
150
0.06
100
0.04
50
0.02
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
0
0
90
0.09
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
90
K1
O1
Q1
350
0.07
300
0.06
Fase (°Greenwich)
Amplitud (Voltios)
20
400
K1
O1
Q1
0.08
0.05
0.04
0.03
250
200
150
100
0.02
50
0.01
0
0
10
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
0
0
90
0.09
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
90
300
M4
MS4
MN4
0.08
M4
MS4
MN4
250
0.06
Fase (°Greenwich)
Amplitud (Voltios)
0.07
0.05
0.04
0.03
200
150
100
0.02
50
0.01
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
90
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
90
Figura 5.10. Amplitudes (columna izquierda) y fases (columna derecha) semi-diurna M2, N2 y S2 (paneles
superiores), diurna O1, K1, Q1 (paneles centrales) y cuarto-diurna M4, MS4 y MN4 (paneles inferiores) de la
señal de turbidez (en Voltios) medida a 1 m desde la superficie libre.
36
5.4.2.
Evolución temporal y espacial de la turbidez:
mareas vivas y muertas
Se ha seleccionado un periodo de 1 mes (del 10 de agosto de 2008 al 10 de septiembre de
2008) representativo de 2 ciclos de marea viva - marea muerta. El promedio mensual del
3
desembalse diario desde la presa de Alcalá fue de 20 m / s . Se ha separado el registro de
marea astronómica en el puerto de Bonanza en ondas individuales según el método de cruce
ascendente por cero y por cada onda se ha calculado el promedio mareal de la turbidez medida
a 1m desde la superficie libre en todos los CTDs (en un ciclo de marea M2, aproximadamente
de 12.45h). En la Figura 5.11 se presenta para el CTD1, la turbidez máxima, mínima y
promediada en el periodo semidiurno observándose claramente la variabilidad en vivas y en
muertas. Las pequeñas oscilaciones que se aprecian en la turbidez tienen periodo diario por lo
que parecen deberse al componente K1.
800
Promedio en ciclo M2
Maximo en ciclo M2
Minimo en ciclo M2
700
Turb en CTD1(FTU )
600
500
400
300
200
100
0
08/10/08
08/15/08
08/20/08
08/25/08
08/30/08
Fecha
09/04/08
09/09/08
09/14/08
Figura 5.11. Turbidez máxima, promedio y mínima para el ciclo M2. Las oscilaciones de corto periodo están
asociadas a variaciones diurnas de la señal.
La evolución temporal de la señal sigue un patrón de funciones gaussianas, aunque en la fase
de decrecimiento la señal puede aproximarse por una función exponencial de la forma
exp(− μ t ) .
En la Figura 5.12 se presenta la evolución a lo largo del estuario del valor de la turbidez a
escala mareal (promediada en la M2). Los máximos de turbidez se desplazan con las mareas
vivas y muertas en función de la intensidad de la velocidad de la corriente.
37
PROMEDIO MAREAL MV
1000
Turbidez promedio mareal(FTU)
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
60
70
80
90
60
70
80
90
60
70
80
90
PROMEDIO MAREAL MAREA MUERTA
500
Turbidez promedio mareal(FTU)
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
PROMEDIO MENSUAL (Mm)
700
Turbidez promedio mensual(FTU)
600
500
400
300
200
100
0
0
10
20
30
40
50
Distancia (km)
Figura 5.12. Turbidez a escala mareal (promedio en M2) durante una marea viva (panel superior) y una marea
muerta (panel central) y a la escala submareal Mm (panel inferior).
En la escala submareal Mm (28 días) y en régimen de caudal bajo, en promedio, coexisten
también dos máximos de turbidez, uno próximo al CTD3 (Esparraguera) y el otro al CTD7
(Sevilla).
5.4.3.
Variación de la turbidez en la columna de agua
La turbidez crece con la profundidad. En la Figura 5.13 se muestran los perfiles verticales
instantáneos medidos el 28 de agosto de 2008 (marea muerta). Como se puede observar, el
38
valor de la turbidez crece hacia el fondo; a -4m respecto de la superficie libre, se alcanzan
valores dobles de los medidos a un metro de la superficie libre. Más próximos al fondo la
turbidez es aún mayor. En las zonas más próximas al lecho para el CTD2 y CTD5 (datos a -3 y
-4m) los valores para esa fecha difieren poco. En el CTD3 la turbidez mínima está medida a 2m desde la superficie libre y no a -1m, posiblemente debido a descargas de agua dulce en el
entorno del instrumento.
CTD2 (23.8km)
-1
-1.5
-1.5
-2
-2
z (m)
z (m)
CTD1 (17.5km)
-1
-2.5
-2.5
-3
-3
-3.5
-3.5
-4
350
-4
300
320
340
360
Turb (FTU)
380
400
400
450
-1.5
-1.5
-2
-2
-2.5
-3
-3.5
-3.5
500
600
700
Turb (FTU)
800
900
-4
300
1000
400
500
-1.5
-1.5
-2
-2
-2.5
-3
-3.5
-3.5
150
200
250
300
Turb (FTU)
600
700
Turb (FTU)
800
900
1000
1200
1300
1400
-2.5
-3
100
350
400
450
500
-4
700
800
900
1000
1100
Turb (FTU)
Figura 5.13. Perfiles verticales instantáneos medidos el 28 de Agosto de 2008 (durante marea muerta).
5.4.4.
650
CTD6 (57.8km)
-1
z (m)
z (m)
CTD5 (47.3km)
-1
-4
50
600
-2.5
-3
400
550
CTD4 (35.5km)
-1
z (m)
z (m)
CTD3 (26.4km)
-1
-4
300
500
Turb (FTU)
420
Retardo y propagación de la turbidez
La Figura 5.14 muestra la variación de la turbidez (curvas instantáneas desde el CTD1 hasta el
CTD6) durante dos ciclos en marea viva (columna derecha 2-3 de agosto de 2008) y marea
muerta (columna izquierda 27-28 de julio de 2008) a 4 profundidades con intervalos de 1 m de
profundidad. Las líneas discontinuas marcan la tendencia de los picos de turbidez medidos a
1m desde la superficie libre. Las flechas marcan las tendencias de los desfases entre CTDs.
Finalmente, las elipses enmarcan el desfase en la columna de agua y la flecha indica la
tendencia.Se han marcado con elipses algunos ejemplos de desfase temporal en la
profundidad. Durante marea muerta (gráficas izquierdas) hay un retardo de los picos de
turbidez desde el fondo hacia la superficie, y viceversa, un adelantamiento en marea viva
(véanse elipses y flechas de tendencias)
39
800
800
-1m
-2m
-3m
-4m
700
600
CTD1 Turb (FTU)
CTD1 Turb (FTU)
600
500
400
300
400
300
200
100
100
1200
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
Fecha
03-Aug-2008
03-Aug-2008
03-Aug-2008
+1h
+2h
2000
-1m
-2m
-3m
-4m
1000
-1m
-2m
-3m
-4m
1800
1600
1400
CTD2 Turb (FTU)
800
CTD2 Turb (FTU)
500
200
0
27-Jul-2008
-1m
-2m
-3m
-4m
700
600
400
1200
1000
800
600
400
200
200
0
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
+1h
1000
02-Aug-2008
02-Aug-2008
800
03-Aug-2008
03-Aug-2008
03-Aug-2008
+1h
2500
-1m
-2m
-3m
-4m
900
02-Aug-2008
Fecha
-1m
-2m
-3m
-4m
2000
CTD3 Turb (FTU)
CTD3 Turb (FTU)
700
600
500
400
1500
1000
300
200
500
100
0
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
-1h
1000
03-Aug-2008
800
03-Aug-2008
-2h
3500
-1m
-2m
-3m
-4m
900
3000
03-Aug-2008
-1m
-2m
-3m
-4m
2500
CTD4 Turb (FTU)
700
CTD4 Turb (FTU)
02-Aug-2008
Fecha
600
500
400
300
2000
1500
1000
200
500
100
0
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
600
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
Fecha
03-Aug-2008
03-Aug-2008
03-Aug-2008
1400
-1m
-2m
-3m
-4m
500
-1m
-2m
-3m
-4m
1200
CTD5 Turb (FTU)
CTD5 Turb (FTU)
1000
400
300
200
800
600
400
100
0
27-Jul-2008
200
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
1400
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
Fecha
03-Aug-2008
03-Aug-2008
03-Aug-2008
6000
-1m
-2m
-3m
-4m
1200
-1m
-2m
-3m
-4m
5000
CTD6 Turb (FTU)
CTD6 Turb (FTU)
1000
800
600
4000
3000
2000
400
1000
200
0
27-Jul-2008
40
27-Jul-2008
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
28-Jul-2008
28-Jul-2008
28-Jul-2008
0
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
02-Aug-2008
Fecha
03-Aug-2008
03-Aug-2008
03-Aug-2008
Figura 5.14. Variación instantánea de la turbidez (desde arriba hasta abajo, desde el CTD1 hasta CTD6,
respectivamente) durante marea viva (paneles en la columna derecha) y marea muerta (paneles en la columna
derecha) en las cuatro profundidades.
A partir del CTD2 comienzan a aparecer los dobles picos en las señales de la turbidez y los
desfases entre ellos varían de un CTD a otro, dependiendo de la relación de las amplitudes y
los desfases entre las componentes.
La Figura 5.15 es una ampliación de los picos de turbidez, medidos a 1m de la superficie libre,
en los CTD1 al CTD6 en marea viva y muerta.
700
CTD6
CTD5
CTD4
CTD3
CTD2
CTD1
600
Turb (FTU)
500
400
300
200
100
0
27-Jul-2008
27-Jul-2008
Fecha
2500
CTD6
CTD5
CTD4
CTD3
CTD2
CTD1
Turb (FTU)
2000
1500
1000
500
0
02-Aug-2008
03-Aug-2008
Fecha
Figura 5.15. Variación instantánea de la turbidez durante marea viva (panel inferior) y marea muerta (panel
superior) para los CTDs a 1 m desde la superficie libre.
Entre el CTD1, CTD2 y CTD3 el desfase temporal es positivo (retardo) y es del orden de 1 y 2
horas para mareas vivas y muertas, respectivamente. La principal diferencia entre los tres
sensores, aparte de la magnitud absoluta de las componentes M2, M4 y Msf, es la importancia
de la amplitud de K1 en el CTD3. A partir del CTD3 se observa una inversión de la tendencia
en la propagación de los sólidos en suspensión, tal como queda registrado entre el CTD3 y
CTD4 donde hay un desfase negativo (adelantamiento) del orden de 1 y 2 horas para marea
muerta y viva, respectivamente. En este tramo del estuario predominan la Msf y la M4 lo que se
refleja en la importancia de los dobles picos de turbidez en cada semiciclo de marea. Esta zona
de inversión coincide con la zona donde se han registrados las máximas concentraciones de
sólidos en suspensión. Entre el CTD4 y CTD6 no se observa apenas desfase.
41
5.4.5.
Comportamiento de la turbidez frente a la marea
vertical y horizontal
Para identificar el efecto de la marea llenante y vaciante se han analizando conjuntamente el
módulo de las velocidades promediadas en la vertical, medidas por los ADCPs más cercanos a
los CTD1 (tramo bajo), CTD4 (tramo medio) y CTD6 (tramo alto) y valores de turbidez medidos
por dichos CTDs a diferentes profundidades (desde 1 hasta 4 m desde la superficie libre). Los
resultados obtenidos se presentan en la Figura 5.16, donde se muestra un intervalo de tiempo
que va desde el 25 de agosto hasta el 10 de septiembre de 2008, representativo del régimen
mareal o de aguas bajas.
Figura 5.16. Variación mareal de los registros de turbidez en las ubicaciones CTD1, CTD4 y CTD6 (Paneles 2, 4
y 6, respectivamente) a 4 profundidades respecto de la superficie libre: a 1m (azul), a 2m (verde), a 3m (rojo) y a
4m (cian). Para comparar se muestra el modulo de las velocidades promediadas en la vertical tomadas por los
ADCPs más cercanos a cada CTD (paneles 1, 3 y 5). Las líneas en cada par de registros relacionan los
máximos y los mínimos de velocidad con la turbidez.
Se puede observar que los máximos (mínimos) locales de turbidez, especialmente en los CTD4
y CTD6 están desfasados del orden de 1 hora con los módulos de las velocidades máximas
(mínimas) en respuesta a la señal M4, aunque la correlación con la marea horizontal es clara.
La variación de la envolvente de la turbidez máxima sigue las variaciones de mareas vivas y
muertas. Durante mareas vivas, los esfuerzos de corte en el fondo son mayores que durante
mareas muertas y, por tanto, se incrementa la resuspensión de sedimentos del fondo.
En la Figura 5.17, referida al período que va desde el 21 de julio de 2008 hasta el 21 de
septiembre de 2008, se muestran los siguientes datos: caudal en Alcalá del Río, marea
astronómica en el puerto de Bonanza y turbidez medida a 1m desde la superficie libre por el
CTD1. Se ha tomado como ejemplo el CTD1, aunque el comportamiento los demás CTD es
similar, como así se muestra en las Figura 5.18 que presentan valores de turbidez medidos a
42
1m desde la superficie libre por todos los CTD. Para el CTD1 se presenta, además, la variación
de dichos parámetros con la profundidad (Figura 5.18, panel inferior enmarcado).
Durante este período, las descargas desde la presa de Alcalá del Río son constantes y con
3
valores medios de 25 m / s . En la Figura 5.18 se observa el efecto de la marea, pudiéndose
detectar claramente las correlaciones existentes entre la ocurrencia de las mareas vivas (con
mayores velocidades de entrada y salida) y los máximos en las envolventes de turbidez; y
análogamente, para el caso de marea muerta.
Figura 5.17. Comparativa entre datos de Caudales de Alcalá del Rio (Q), marea astronómica en Bonanza (MarH)
y valores de Temperatura (T), Salinidad (S) y Turbidez (Tur) registrados a 1m desde la superficie libre en el
CTD1 desde 21/07/2008 hasta 21/09/2008.
43
Figura 5.18. Evolución temporal de la turbidez medida a 1 m desde la superficie libre por los CTDs ubicados a
lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados desde arriba hacia abajo para el periodo
de estudio que va desde el 21/07/2008 hasta el 21/09/2008. En la grafica inferior se muestra la variación de la
turbidez medida en el CTD1 con la profundidad.
44
Finalmente, en la Figura 5.19 se muestra el promedio a escala mareal (M2) de la turbidez
medida a 1m desde la superficie libre para los CTDs desde la desembocadura hacia Sevilla.
Tanto antes de la descarga desde la presa de Alcalá producida en el ciclo 430,
aproximadamente, como después de ella, se aprecian con claridad las variaciones de ciclos de
vivas y muertas, más evidentes después de la misma.
CTD0
CTD1
CTD2
CTD3
CTD4
CTD5
CTD6
CTD7
Números de ciclos de marea
3
Figura 5.19. Desde arriba hacia abajo evolución temporal del desembalse medio diario (Alcalá del Rio en m /s),
de la marea astronómica en Bonanza (m) promediada en un ciclo de marea semi-diurna y de la turbidez (FTU)
promediada en un ciclo de marea semi-diurna (desde la desembocadura CTD0 hacia Sevilla CTD7).
5.4.6.
Comportamiento anual/plurianual
En el estuario del Guadalquivir la concentración de sólidos en suspensión depende de agentes
forzadores con diferentes escalas espaciotemporales características. En la Figura 5.20 se
muestra la variabilidad asociada a la marea a escala semi-diurna y de 14 días, así como la
variabilidad a escala anual y plurianual debido a una variación no periódica como la descarga
3
desde Alcalá del Río. Tras el paso de la borrasca y la descarga asociada (Q f ,d > 500 m / s )
el sistema comienza la recuperación. El tiempo de recuperación depende de las condiciones
mareales y atmosféricas que han tenido lugar antes durante y después de la descarga, así
como de la magnitud de la misma.
La Figura 5.20 sugiere que los tiempos de recuperación se dilatan cuando la descarga es de
corta duración (<5 días) seguida de un periodo seco de dominio mareal (véase febrero 2009).
Sin embargo, una descarga del mismo volumen de agua con valores punta menores y
mantenidos durante más tiempo producirían, en general, picos de turbidez menores. En
cambio, durante la temporada de lluvias del invierno 2009-2010 las descargas desde la presa
3
en cabecera han sido muy cuantiosas, superando los 2000 m / s y teniendo un potencial de
puesta en suspensión muy superior a la de febrero de 2009, aunque el tiempo de recuperación
45
ha sido sustancialmente menor (del orden de 1/3 del anterior). Al estar las descargas
sostenidas durante un mayor periodo de tiempo, la capacidad de limpieza del río también se ha
visto considerablemente incrementada, además de la capacidad de puesta en suspensión.
(a)
Ciclo de marea
Vaciante
Llenante
1 día
0
24 horas
Ciclo de marea viva y muerta
(b)
1 mes
30 días
0
(c)
Años
Seco
Húmedo
(d)
Figura 5.20. Registros diario (a) y mensual (b) de la turbidez en FTU medida en el CTD3. Registros anuales de 2
años de datos. Finalmente se presenta el desembalse desde la presa de Alcalá (c).
46
5.5. Variabilidad vertical y transversal
5.5.1.
Distorsión mareal llenante – vaciante
La asimetría de la onda de marea se manifiesta por la desigualdad de la duración de la pleamar
y de la bajamar y la desigualdad de las velocidades máximas de llenante y vaciante. Su
ocurrencia está relacionada con la generación de las sobremareas. En la Figura 5.21 se
representan los datos de velocidad y nivel en las proximidades de La Horcada en el tramo
donde se produce el equilibrio entre la fricción y la convergencia del cauce y donde la amplitud
de la sobremarea es máxima; se observa que tanto la curva de la velocidad como la de nivel
son asimétricas. Tal y como ocurre en estuarios friccionados con geometría convergente con
poca llanura de inundación, domina el flujo de llenante sobre el de vaciante, la duración de la
pleamar es menor que la bajamar y la velocidad en llenante es mayor que la de vaciante.
El efecto de dicha distorsión en la dinámica de transporte de sedimentos en suspensión implica
que corrientes más pronunciadas en llenante (Figura 5.16) pueden inducir una mayor resuspensión de sedimentos del lecho, que se transportan consecuentemente en el estuario. Las
corrientes en vaciante, al ser más débiles producen una menor re-suspensión y transporte de
sedimentos. El resultado final es un transporte residual neto de sedimentos hacia aguas arriba
en el estuario.
Figura 5.21. Asimetría de onda de marea (17 de octubre de 2008). Panel superior: TG4, panel inferior: ADCP3.
La descarga fue de 7m 3 / s durante el periodo mostrado.
5.5.2.
Asimetría transversal
En zonas de gran curvatura del cauce se puede llegar a inducir una evolución helicoidal del
flujo, siendo relevantes a escala local las componentes verticales y laterales de la corriente. En
los tramos curvos, el flujo se acelera incrementando la erosión en la margen exterior de la
curva. De ahí que las profundidades medias en esos puntos sean mayores que en el resto del
perfil. En los tramos curvos del río el flujo experimenta el efecto de la fuerza centrifuga hacia el
exterior. La magnitud de dicha fuerza depende del inverso del radio de curvatura medio R de
las líneas de corriente y será máxima en las curvas con reducido radio de curvatura. Dicha
fuerza hacia fuera genera una sobreelevación de la superficie libre en la parte exterior de la
curvatura que a su vez producirá una fuerza barotrópica de compensación con una situación de
balance que ocurre sólo si se considera un flujo promediado en la vertical (Véase Capítulo 6)
47
5.5.3.
Velocidad de deposición
Haciendo uso de los datos de CTDs y correntímetros es posible determinar la velocidad de
deposición del sedimento (Eq.(3.8)). A partir de los datos de tensión tangencial en el fondo τb
(Figura 5.22) en la zona de Tarfía (CTD4), calculado a partir de la ecuación de conservación de
la cantidad de momento (véase Capítulo 3), se determina la velocidad de fricción en el fondo
u * (Figura 5.23). Para ello, se promedia la serie de tensión tangencial en ciclos M2.
Figura 5.22. Esfuerzo tangencial en fondo en la zona de Tarfía (entre mareógrafos B3 y B4) determinado según
la ecuación de conservación del momento a partir de los datos observados.
Figura 5.23. Velocidad de fricción en fondo determinada a partir del esfuerzo cortante en el fondo.
48
Asumiendo (i) concentraciones bajas de sedimento (no hay interacción del sedimento con el
fluido), (ii) tasas de deposición y erosión pequeñas en comparación con el flujo horizontal de
sedimento por unidad de área, (iii) ausencia de estructuras tridimensionales en el movimiento
de agua (incluido flóculos) y (iv) la velocidad de deposición es constante (no depende de la
coordenada vertical), se puede estimar la velocidad de fricción en el fondo. Estas condiciones
se dan parcialmente en régimen mareal. En este caso, la concentración de sedimentos en la
vertical sigue la ecuación siguiente, con una difusividad turbulenta parabólica y perfil de
velocidad logarítmico en la vertical:
β
⎡ a / h(1 − z / h ) ⎤
c
⎥ ,
=⎢
⎢ z / h(1 − a / h ) ⎥
ca
⎣
⎦
(3.21)
σTWs
, siendo Ws la
ku *
velocidad de deposición, σT ≈ 2 el número de Prandtl-Schmidt turbulento y k ≈ 0.41 la
donde ca es una concentración de referencia en el punto z = a y β =
constante de von Kármán. Mediante un ajuste por mínimos cuadrados de la concentración
promediada en ciclo M2 en función de la profundidad (dado por los datos del CTD4, Figura
5.24), se determina el exponente β (Figura 5.25).
Figura 5.24. Turbidez registrada en el CTD4 a profundidad z=-4m (cian), z=-3m (rojo), z=-2m (verde), z=-1 (azul).
49
⎛
⎞
Figura 5.25. Exponente β = σTWs / ⎜⎜ku * ⎟⎟⎟ determinado a partir del ajuste por mínimos cuadrados de la
⎝
⎠
concentración en función de la profundidad según Eq.(3.21).
Figura 5.26. De arriba a abajo: Esfuerzo tangencial instantáneo, turbidez promediada en ciclo semidiurno M2 a 1 (azul), -2 (verde), -3 (rojo) y -4m (cian) respecto de la superficie libre, exponente y velocidad de deposición.
50
*
Conocidos β y u se determina la velocidad de deposición Ws , mostrada en la Figura 5.26. El
β crece (decrece) durante las mareas muertas (vivas), al igual que la velocidad de
deposición Ws , aunque en este segundo caso la tendencia no sea tan marcada. Esto significa
exponente
que durante las mareas muertas, cuando la velocidad de fricción del fondo es menor, la
velocidad de deposición se incrementa, favoreciendo la deposición sedimentaria. Al contrario
ocurre durante las mareas vivas.
A pesar de las aproximaciones realizadas en el cálculo, el orden de magnitud resultante
(Ws ∼ 0.1mm / s ) es el correspondiente a un alto contenido en finos, similar al que se tiene
en la zona de Tarfía. El resultado está de acuerdo con los análisis granulométricos de
Dragados y Construcciones en la zona de Tarfía (CTD4), cuyos resultados se presentan en la
Tabla 5.4
Nº
MUES
TRA
...
306
338
339
340
341
LOCALIZACIÓN
345
353
357
Tarfía
Tarfía
Tarfía
0
1
5
39
34
51
61
65
44
358
Tarfía
6
51
44
372
373
375
394
Tarfía
Tarfía
Tarfía
Atravesada Canal
0
0
0
5
3
3
3
78
97
97
97
17
397
...
Atravesada Canal
...
0
...
1
...
99
...
...
El Yeso
Tarfía
Tarfía
Tarfía
Tarfía
%
% ARENA
GRUESOS
(0.074-2
(>2 mm)
mm)
...
...
0
5
1
89
0
1
0
1
1
34
% FINOS
(<0.074
mm)
...
95
10
99
99
65
TEXTURA
...
ARCILLA
ARENA
ARCILLA FANGOSA
ARCILLA FANGOSA
ARENA MUY
COMPACTA
ARENA FANGOSA
ARENA
ARENA
CONCHIFERA
ARENA
CONCHIFERA
ARCILLA
ARCILLA
ARCILLA
ARENA CON
CONCHAS
ARCILLA FANGOSA
...
Tabla 5.4. Análisis granulométrico de Dragados y Construcciones. Información facilitada por la Autoridad
Portuaria de Sevilla.
5.6. Balances de sólidos en suspensión
Para determinar el balance de material en suspensión en el estuario se hace uso, entre otros
equipos, de los CTD instalados. Se considera que las medidas de cada CTD son
representativas del tramo o volumen de control que lo contiene. Los tramos han sido definidos
considerando los puntos medios entre cada dos CTDs. Los volúmenes que contienen los CTDs
primero y último son simétricos respecto a cada CTD (véase Figura 5.27). Los datos de
corriente y elevación necesarios para realizar el balance se han tomado, respectivamente, de
los correntímetros y mareógrafos más cercanos a los CTDs. Los puntos donde se ubican los
CTDs y la longitud de los respectivos tramos se muestran en la Tabla 5.5.
51
Punto km (km)
Longitud tramo (km)
CTD1
17.30
6.3
CTD2
23.60
4.45
CTD3
26.20
5.85
CTD4
35.30
10.45
CTD5
47.10
11.15
CTD6
57.60
18.6
CTD7
84.30
26.7
Tabla 5.5. Puntos kilométricos donde se ubican los equipos CTD en km (desde la Broa) y longitudes de los
tramos correspondientes.
Figura 5.27. Equipos CTD considerados y tramos que los comprenden, definidos por las líneas color cian.
Cuánta masa de sedimentos en suspensión pasan de un tramo a otro y se depositan o
resuspenden, se puede estimar a partir de los datos de los promedios a escala mareal (Figura
5.28) y submareal (Figura 5.29). A escala mareal se pierden las variaciones de alta frecuencia,
pero se mantienen aquéllas asociadas a los ciclos de mareas vivas y muertas. Las variaciones
a escala submareal retienen la información de los eventos extremos de turbidez.
Figura 5.28. Promedio mareal M2 de densidad de sólidos en suspensión (SES) en
de agua.
52
kg
de sedimento por
m3
Figura 5.29. Promedio mareal Msf (panel izquierdo) y Mm (panel derecho) de densidad de sólidos en
suspensión en
kg
de sedimento por
m3
de agua. Los extremos de turbidez están asociados a descargas
desde Alcalá del Río.
5.6.1.
Estimación del sedimento en suspensión en un
evento de extrema turbidez
En el evento de turbidez extrema del 11 de febrero de 2009, generado, entre otros factores, por
3
las descargas desde Alcalá del Río, con caudales punta de Q f ,d = 531.2 m / s , se alcanzó
9
una masa en suspensión total de Mmax ∼ 1.7 ⋅ 10 kg (Figura 5.30) en los 83.5kms que
comprenden los CTDs. Toda esa masa de sedimento fino está suspendida en un volumen de
agua de V
∼ 2.3 ⋅ 108 m 3 , estimado a partir de la sección media (a media marea) por tramo
multiplicado por la longitud del tramo.
Considerando que el material son finos y fango y que su densidad en seco es de
ρDRY ∼ 1500 kg / m 3 , se tiene que la masa es suspensión ocuparía un volumen en seco de
VSES ∼ M max / ρDRY = 1.17 ⋅ 106 m 3 .
53
Figura 5.30. Masa total (y masa acumulada por tramos) de sólidos en suspensión promediada en ciclos
mareales M2 en los tramos considerados.
Para estimar cuánto sedimento erosionado del fondo contribuye a Mmax habría también que
estimar el sedimento aportado desde la cuenca, aunque el volumen es ciertamente muy inferior
al aportado por resuspensión de material del fondo. Para no subestimar la variación de
profundidad tras la descarga ( Δh ), hay que tener en cuenta que para hacer este cálculo, sólo
se disponen de serie completas de datos de turbidez a -1m respecto de la superficie, que son
inferiores a los medidos a 4m y en el fondo (la turbidez aumenta con la profundidad). Además,
hay que considerar que la resuspensión no es uniforme porque el flujo que circula por la
sección transversal tampoco lo es, luego, en realidad, la superficie erosionada efectiva sería
mucho menor a la sección completa. Esto último daría lugar a Δh mayores en algunos
lugares que en otros. A la hora de estimar Δh habría que considerar también el grado de
compactación del fondo, tamaños de grano, humedad.
Además, en los datos instantáneos registrados por los equipos CTDs se observa un recorte de
los datos máximos por saturación de los equipos (véase Figura 5.31) ya que los aparatos sólo
son capaces de medir un rango de turbidez. Eso significa que las concentraciones máximas de
sólidos en suspensión fueron mayores que las registradas.
54
Figura 5.31. Sólidos en suspensión obtenidos a partir de los datos de turbidez registrados en el CTD2 a -1m de
profundidad respecto de la superficie libre.
5.6.2.
Flujos de sólidos en suspensión en régimen
mareal
Para predecir las características estuarinas es necesario cuantificar la circulación de agua y los
procesos de mezcla. Esto se realiza calculando los flujos de material en suspensión entrantes y
salientes a través de secciones y evaluando el intercambio de masa dentro del volumen de
control entre cada dos secciones. Para realizar este cálculo se ha considerado una dinámica
unidimensional y una situación estacionaria (bajos caudales de descarga). En esas
condiciones, el flujo instantáneo de sólidos en suspensión se cuantifica de la siguiente manera:
F=
∫
η
−h
uc dz ,
(3.22)
η la elevación, u y c son, respectivamente, la velocidad
y la concentración de sedimento en agua. Promediando F sobre el ciclo semidiurno M2 ( F )
donde h es la profundidad media y
se tiene:
F = h ⋅ u ⋅ c + c ⋅ η ⋅ u + u ⋅ η ⋅ c + h ⋅ u ⋅ c + η ⋅ u ⋅ c + h ⋅ uv ⋅ cv + η ⋅ uv ⋅ cv , (3.23)
T1
T2
T4
T3
T5
T6
T7
donde:
El promedio en la columna de agua de una magnitud
ξ=
ξ se define como:
1
ξ dz ,
h ∫−h
η
y en tal caso la magnitud instantánea se puede descomponer a cada profundidad
(3.24)
z como:
55
ξ = ξ + ξv .
ξ se define como
T +TM 2
1
ξ=
ξ dt .
TM 2 ∫T
(3.25)
El promedio en el ciclo semidiurno de
Así pues una magnitud instantánea puede descomponerse (en cada
ξ =ξ+ξ .
(3.26)
z ) como
(3.27)
Así, una magnitud promediada en la vertical se descompone como:
ξ =ξ+ξ .
(3.28)
El término T1 del flujo promediado en el ciclo M2 (Eq.(3.23)) es la deriva no mareal o deriva
Euleriana. El término T2 es el flujo asociado a la deriva de Stokes. Los términos T3, T4 y T5
son los del bombeo mareal o tidal pumping. Estos términos se producen por las diferencias de
fase entre la concentración de sedimento, velocidad y elevación, consecuencia de los retardos
por umbral de resuspensión y erosión. El término T6 es la circulación vertical por gravedad, que
surge por la correlación entre (i) la corriente media hacia la cabecera y la concentración
elevada de sólidos en el fondo y (ii) la corriente de superficie hacia la desembocadura y
concentraciones bajas. El término T7 surge de las variaciones de los perfiles verticales de la
velocidad y concentración en un ciclo mareal, debido, principalmente, a los retardos de
deposición y lavado del sedimento.
Los términos de tidal pumping suelen ser del mismo orden de magnitud que los de circulación
gravitacional y, en mucho casos, dominan sobre los de la circulación residual. En el estuario del
Guadalquivir no ocurre esto, siendo los términos de circulación gravitacional muy inferiores, lo
cual es consistente con una estratificación muy baja de la columna de agua. En general, en
estuarios bien mezclados los términos de bombeo mareal son dominantes, aunque en
estuarios parcialmente mezclados la circulación gravitacional es importante.
5.6.2.1. Resultados
A continuación se muestran las series temporales de cada uno de los términos del flujo de
sólidos en suspensión promediados en ciclo semidiurno M2, estos son, los descritos en
Eq.(3.23). El signo del flujo indica el sentido del transporte: positivo estuario arriba y negativo
estuario abajo.
En todos los equipos, los términos T 6 y T 7 asociados con la variabilidad vertical del flujo, son
muy inferiores al resto, lo cual es consistente con un estuario bien mezclado y poco
estratificado. El término dominante es el T 1 asociado a la deriva euleriana, superior al resto
(en promedio), aunque puede verse compensado por la suma de los términos T 2 y T 4 que
son del mismo orden de magnitud, como en el CTD2 (véase Figura 5.32). Estos últimos
términos representan la correlación entre la elevación y la corriente (T 2 , deriva de Stokes),
cuyo desfase induce un transporte neto, siendo en todos los casos positivo (dominio de la
llenante) y (T 4 , tidal pumping), que está producido por el transporte inducido por el desfase
entre la corriente y la distribución del sedimento, típicamente asociado a los retardos, respecto
de la corriente, en la deposición del sedimento y en el lavado o dispersión por la columna de
agua del material erosionado.
Las variaciones de mareas vivas y muestras son claramente observables en la descomposición
por términos. En algunos casos, el sentido del flujo puede cambiar dependiendo del ciclo; así,
por ejemplo, en el CTD2 durante mareas vivas el flujo es hacia la desembocadura mientras que
en muertas el sentido es de menor magnitud y de sentido hacia cabecera. En todos los casos,
el término asociado a la deriva de Stokes es siempre positivo, indicando un flujo dirigido hacia
la cabecera.
En la Figura 5.33 se muestra el promedio durante el periodo de tiempo completo considerado
en este análisis (desde el 22/07/2008 al 16/08/2008) para cada uno de los 7 términos. El panel
56
inferior más a la derecha representa el flujo neto, suma de todos los términos. En él, se puede
observar que durante el régimen de aguas bajas el transporte de sedimentos es en todo el
estuario hacia la cabecera (positivo), tendiendo a colmatar el estuario, con la única excepción
del dato en el CTD3, que es negativo. Eso implica que la concentración de sedimentos en las
zonas del CTD2 y CTD3 debe ser alta porque ahí confluyen los flujos de sedimentos. De
hecho, es justamente en esa zona (Puntal - Esparraguera) donde se encuentra la presencia de
uno de los dos máximos de turbidez.
Figura 5.32. Descomposición del flujo medio mareal en el CTD2.
Figura 5.33. Variación con la distancia a la desembocadura de los términos del flujo promediados en todo el
intervalo temporal analizado.
57
5.7. Eventos de turbidez media y extrema: procesos
generadores
En este apartado se analizan las causas que han dado lugar a los sucesos de turbidez media
( 200 − 500 mg / l ) y extrema ( > 900 mg / l ), por ser las situaciones cuya persistencia
implicaría serios problemas en la dinámica y ecología del sistema estuarino.
5.7.1.
Situaciones desencadenantes
Los agentes forzadores del sistema son, fundamentalmente, meteorológicos (de clima marítimo
y terrestre) y debidos a la acción del hombre, si bien estos últimos pueden estar relacionados
con la secuencia meteorológica terrestre aguas arriba de la presa (descargas desde la presa
de Alcalá del Río). En principio, se distinguen varias situaciones a efectos de sucesos
extremos, todas ellas asociadas a un forzamiento intenso y rápido del sistema, típicamente a
causa del paso de una borrasca que origina, dependiendo del tipo y la trayectoria, cambios
bruscos en las condiciones de turbidez y salinidad a lo largo del estuario. Estos son:
ƒ
Temporal en la costa:
Situación caracterizada por la ausencia de precipitación mayoritaria en el estuario, jugando un
importante papel las variables atmosféricas y oceánicas, concretamente, velocidad y dirección
de viento en la costa y la altura de la marea.
ƒ
Borrasca en el estuario:
Con influencia en la costa y precipitación significativa en el estuario, las variables atmosféricas,
marítima y de operación en el estuario son: velocidad y dirección de viento, precipitación, altura
de ola y descarga desde la presa de Alcalá del Río.
ƒ
Borrasca en la cuenca media y alta del Guadalquivir
Corresponde a un estado de ausencia de precipitación o viento significativos en el estuario,
pero sí aguas arriba del mismo, con la consiguiente descarga desde la presa de Alcalá del Río.
A continuación, se muestran distintas situaciones ejemplo de estos escenarios, analizando las
variables forzadoras que en cada caso han podido originar los episodios de turbidez, utilizando
para ello el conjunto de series de datos de calidad de agua pertenecientes a las distintas redes
de medida de las que se dispone de información. A la hora de examinar los episodios ocurridos
se encuentra la dificultad de disponer de información de todas de variables para algunas fechas
concretas, siendo mayor la carencia de información a medida que se retrocede en el tiempo.
Nos centraremos en el análisis de los eventos más recientes, por disponer desde 2008 de
datos con una frecuencia de muestreo mayor (un dato cada 30min), a partir de los registros
continuos de turbidez y salinidad que arrojan las boyas tipo CTD instaladas por el ICMAN
Los eventos moderados y extremos de turbidez están fuertemente correlacionados con las
descargas de la presa de cabecera. En la desembocadura (CTD0), debido a la dilución con el
agua del mar, la turbidez es moderadamente baja; aún así, la subida de la misma está
correlacionada de forma directa con las descargas producidas desde la presa,
aproximadamente, 1 mes antes. La turbidez en el CTD1 está principalmente determinada por la
resuspensión de sedimentos por parte de la marea, ya que existen numerosos episodios de
turbidez media o moderada que se corresponden con muy bajas descargas (inferiores a
58
50 m 3 / s ). No obstante, caudales superiores a 100 m 3 / s están correlacionados con la
subida de turbidez, elevándola en la mayoría de las ocasiones por encima de los 2V.
En los de CTD2 a CTD5 existen menos episodios de turbidez correspondientes a pequeñas
descargas (lo que denota la menor influencia de la marea en la resuspensión, con respecto al
CTD1); la mayoría de las descargas pequeñas generan turbidez media-baja, inferiores a 1.5V
(CTD2), 1V (CTD3) y 0.5V (CTD4 y CTD5). En cualquier caso, las descargas superiores a
100 m 3 / s , siguen generando elevada turbidez en estos tramos del estuario.
El en CTD6, ya en el tramo medio, la mayor correlación de la elevada turbidez con el caudal
sucede a un umbral de descarga menor ( 100 m
3
/ s ). En general, a medida que se avanza
aguas arriba, el desfase entre los picos de descargas y de elevada turbidez es menor, lo que
muestra el fenómeno de retención de sedimentos en los distintos tramos del estuario.
5.7.2.
Descripción de eventos asociados al forzamiento
mareal
5.7.2.1. Período I: desde el 04/04/2008 hasta el 03/06/2008
En la Figura 5.34, referida al período que va desde el desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008, se
muestran los siguientes datos: (i) caudales de Alcalá del Río, precipitación media en la estación
meteorológica de Lebrija 1, (ii) marea astronómica en el puerto de Bonanza, (iii) altura de ola
significante espectral, periodo de pico, dirección media de procedencia del oleaje, (iv) velocidad
del viento, dirección media de procedencia del viento, simulados en el WANA frente a la
desembocadura y, finalmente, valores de (v) salinidad y turbidez medidos a 1m desde la
superficie libre por el equipo CTD de Cepillos (CTD1).
Durante este período se tienen dos eventos de lluvia en la zona, con precipitación media que
llega a ser de 10mm. A consecuencia de las lluvias se producen dos descargas importantes
3
desde la presa de Alcalá del Río, con picos que alcanzan los Q f ,d = 500 m / s . En la Figura
5.34 las líneas verticales rojas representan las descargas. Entre la primera y la segunda
descarga se presenta una marea muerta, mientras que la segunda descarga coincide con un
periodo de marea viva. En el mar ocurren dos temporales con altura de ola significante
espectral superior a los 2m y periodo de pico de 10s procedente, en promedio, del sector
Oeste. Durante este periodo vientos de intensidad moderada de 10 m/s rolan de 360º desde
Norte hacia el Oeste.
El valor de la salinidad medida en el CTD1 decrece después de la primera descarga, luego
empieza a subir hasta que después de la segunda descarga baja nuevamente. El valor de la
turbidez medida en el CTD1 decrece inmediatamente después de la primera descarga y se
mantiene bajo durante la segunda descarga. Se ha tomado como ejemplo el CTD1, pero en la
Figura 5.35 y la Figura 5.36 se representan para su comparación los valores de dichos
parámetros en todos los equipos CTD disponibles (0-7). El efecto de los caudales
desembalsados en el río es una reducción drástica del valor de la salinidad; la ocurrencia del
segundo vertido ralentiza sustancialmente su proceso de recuperación. La salinidad sigue los
ciclos de mareas viva y muerta, que se ven reflejados en los máximos y mínimos de la turbidez
(comportamiento particularmente visible a partir de los CTD3, CTD5 y CTD6) y responde a la
descarga con un tiempo de recuperación TD que crece a medida que nos desplazamos aguas
arriba (véase Figura 5.35). El efecto combinado de la segunda descarga y de la marea viva
59
contribuye a resuspender sedimentos y sustancias dentro del río. Este efecto produce en el
estuario un aumento de los valores de turbidez, que al cesar la última descarga se mantienen
elevados a causa de la ocurrencia de una nueva marea viva; la única excepción a este
comportamiento de la turbidez se encuentra en la zona más próxima a la desembocadura
(CTD1) donde el valor de turbidez decrece y se mantiene bajo durante la segunda descarga.
Esto se puede explicar considerando la conjunción de una serie de factores: (i) la ocurrencia de
un ciclo de marea muerta que induce una re-suspensión de sedimentos reducida, (ii) las
menores velocidades en el lecho debido a una ensanchamiento de la sección del río a medida
que nos acercamos a la desembocadura, (iii) vientos moderados del orden de 10m/s que,
virando 360º y rolando de N hacia W, aportan agua limpia profunda y ayudan a mezclar las
aguas turbias del estuario con las limpias de mar abierto.
DESCARGA
DESCARGA
M. V.
M. M.
TEMPORAL TEMPORAL
VIENTO de W
VIENTO de W
Figura 5.34. Comparativa entre datos de caudal en Alcalá del Río (Q), precipitación media en la estación de
Lebrija 1 (Prem), marea astronómica en el puerto de Bonanza (marH), altura de ola significante (Hm0), periodo
de pico (Tp), dirección media de procedencia del oleaje (DirM), velocidad (VelV) y dirección del viento (DirV)
simulados en el “ WANA” más cercano y valores de Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la
superficie libre por el CTD1 para el periodo de estudio desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008.
60
MAR
TD
TIERRA
Figura 5.35. Comparativa entre valores de Salinidad (S) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el
periodo de estudio que va desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008.
61
M. V.
M. M.
M. V.
M. M.
M. M.
M. V.
M. M.
Tiempo de relajación del pico de
avenida + M.V.
Figura 5.36. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el
periodo de estudio que va desde 04/04/2008 hasta 03/06/2008.
62
5.7.2.2. Período II: desde el 01/06/2008 hasta el 21/07/2008
En la Figura 5.37, se muestran, al igual que en el periodo anterior, los siguientes datos: (i)
caudales de Alcalá del Río, (ii) precipitación media en la estación meteorológica de Lebrija 1,
(iii) marea astronómica en el puerto de Bonanza, (iv) altura de ola significante espectral,
dirección media de procedencia del oleaje, simulados en WANA frente a la desembocadura, (v)
la velocidad del viento, dirección media de procedencia del viento y presión atmosférica,
medidos en la estación meteorológica de Salmedina, finalmente (vi) valores de salinidad y
turbidez medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1. Las líneas rojas acotan el episodio
de viento NNE sostenido que dio lugar a la caída de turbidez en los registros.
Durante este período las descargas desde la presa de Alcalá del Río son constantes, con
valores medios de
50 m 3 / s y la altura de ola significante es inferior a 1m. Existen vientos
fuertes del orden de 10 m / s , sostenidos durante unas 12-14 horas, de componente NNE
superpuestos a una bajada local de la presión atmosférica medida en la estación meteorológica
de Salmedina.
La Figura 5.37 muestra una caída brusca de turbidez registrada en el CTD1 entre los días 9 y
12 de junio de 2008 (marcado con líneas verticales), que se manifiesta en un intervalo de
tiempo del orden de 120 horas. La caída de turbidez sigue una ley exponencial pasando, en
este intervalo de tiempo, desde 2 hasta 0.10 voltios, por lo que la expresión matemática en el
tiempo resulta dada por la expresión
c(t ) = 2 ⋅ e −0.0249⋅t .
Los vientos que proceden del N tienen una corriente de Ekman asociada en dirección W
(dando una resultante para la corriente de SW que, a su vez, genera surgencia y mezcla con
agua salada profunda). Esta corriente abre la desembocadura extrayendo el agua turbia
confinada en los primeros tramos del río, como queda registrado en el CTD1. La bajada local
de presión atmosférica incrementa la mezcla con agua limpia procedente de mar abierto.
Además, dicho fenómeno coincide con un ciclo de marea muerta que tiene una menor
capacidad de resuspender el sedimento. En las siguientes 12 horas, el viento vira 360º en
sentido anti-horario, rolando de N hacia W, luego S, E y N. El proceso se repite en las
siguientes 12 horas, aunque no se completa el giro completo. Este giro progresivo se refleja en
la Figura 5.38, imagen del día 11/06/08, donde se observan vórtices en la pluma y su grado de
dispersión en la desembocadura.
63
M. V.
Vientos del W
M. V.
Vientos del NNE
Figura 5.37. Comparativa entre datos de caudal en Alcalá del Río (Q), precipitación media en la estación de
Lebrija 1(Prem), marea astronómica en el puerto de Bonanza (marH), altura de ola significante (Hm0), dirección
media de procedencia del oleaje (DirM), velocidad (VelV) y dirección del viento (DirV) simulados en el WANA
frente a la desembocadura y valores de Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre
por el CTD1 para el periodo de estudio desde 01/06/2008 hasta 21/07/2008.
Antes: fecha 08/06/2008, hora 10:41:42
64
Después: fecha 11/06/2008, hora 10:47:23
Figura 5.38. Imágenes vía satélite MERIS (ESA) antes y después de la caída de turbidez. La imagen tiene una
luminosidad semejante puesto que ha sido tomada casi a la misma hora del día. En la imagen del día 8, la masa
de agua turbia está mucho más confinada en el entorno de la desembocadura.
La Figura 5.39 muestra la caída de turbidez registrada en mayor o menor medida en todos los
equipos entre los días 9 y 12 de junio de 2008 (marcado con líneas verticales). Sin embargo, a
medida que nos alejamos de la desembocadura, es menor el tiempo de relajación y la
influencia de los agentes marinos. Esto es indicativo de que el proceso desencadenante del
descenso brusco de la turbidez es de origen marino.
Figura 5.39. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el
periodo de estudio que va desde 01/06/2008 hasta 21/07/2008.
65
5.7.2.3. Período III: desde el 21/07/2008 al 21/09/2008
En la Figura 5.40, referida al período que va desde el 21/07/2008 hasta el 21/09/2008, se
muestran los siguientes datos: caudal en Alcalá del Río, marea astronómica en el puerto de
Bonanza y valores de temperatura salinidad y turbidez medidos a 1m desde la superficie libre
por el CTD1. Se ha tomado como ejemplo el CTD1 pero el comportamiento de los demás CTDs
es muy similar, como se muestra en la Figura 5.41 y la
Figura 5.42 que presentan, respectivamente, una comparativa entre valores de salinidad y
turbidez medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs ubicados a lo largo del cauce
principal (desde CTD0 hasta CTD7). Para el CTD1 se presenta, además, la variación de dichos
parámetros con la profundidad.
Durante este período, las descargas desde la presa de Alcalá del Río son constantes y con
valores medios de
25 m 3 / s . En la Figura 5.40 se observa el efecto de la marea, pudiéndose
detectar claramente las correlaciones existentes entre la ocurrencia de las mareas vivas
(periodo de máximo intercambio de agua entre río y océano, con velocidades de entrada y
salida mayores) y los máximos en las envolventes de salinidad y turbidez y, análogamente,
para el caso de marea muerta. Asimismo, se observa cómo durante mareas vivas los máximos
de salinidad aumentan significativamente y disminuyen ligeramente los mínimos (primera línea
roja). Las mareas vivas y muertas también dejan sentir su efecto en el registro de temperatura,
aunque depende de la estación y, más concretamente, de la diferencia de temperatura del
agua que entra desde mar abierto y el agua del estuario. Por ejemplo, la marea viva produce
una reducción local de la temperatura (observar líneas verticales en el mes de verano de julio)
debido a que, en ese periodo, el agua que proviene de mar abierto tiene menor temperatura
que las aguas continentales. En cambio, en el mismo periodo, con mareas muertas la
temperatura en el registro presenta máximos locales. La temperatura muestra además una
tendencia al enfriamiento desde julio hasta septiembre.
Figura 5.40. Comparativa entre datos de Caudales de Alcalá del Rio (Q), marea astronómica en el puerto de
Bonanza (marH) y valores de Temperatura (T), Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie
libre por el CTD1, desde 21/07/2008 hasta 21/09/2008.
21/07/2008 hasta 21/09/2008. El cuadro inferior muestra la variación con la profundidad de la turbidez medida
en el CTD1.
La Figura 5.41 y la Figura 5.42 exhiben un comportamiento usual debido a la marea (aguas
bajas). También en la Figura 5.16 se puede observar que la turbidez crece, generalmente, con
66
la profundidad. Asimismo se observa de nuevo cómo la turbidez se incrementa durante la
mareas vivas y decrece con las muertas en toda la columna de agua
67
Figura 5.41. Comparativa entre valores de salinididad (S) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde el CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde
21/07/2008 hasta 21/09/2008. El cuadro inferior muestra la variación con la profundidad de la salinidad medida
en el CTD1.
68
Figura 5.42. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde el CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde
5.7.2.4. Período IV: desde el 30/08/2008 al 18/11/2008
En la Figura 5.43 se muestra los siguientes datos desde 30/08/2008 hasta 18/11/2008: (i)
caudales en Alcalá del Río, (ii) marea astronómica en el puerto de Bonanza, (iii) velocidad y
dirección de viento, presión atmosférica en Salmedina, (iv) valores de salinidad (S) y turbidez
(Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD0 y (v) altura de ola significante
espectral, periodo de pico y dirección media del oleaje frente a la desembocadura (WANA).
La primera línea roja indica el paso de borrascas en la zona de estudio, que da lugar a vientos
del orden de 20 m / s con direcciones de NNE. Este fenómeno favorece la emergencia de
aguas profundas saladas dando lugar a un incremento leve de la salinidad a causa del
fenómeno de surgencia y a un descenso de la turbidez (véase Periodo II). Nótese que, en el
segundo caso (segunda línea roja) se generan también vientos muy intensos con dirección
rolando desde NW hasta WSW, pero esto ocurre en un periodo entre mareas vivas y muertas
que da lugar a mínimos de salinidad porque favorecen el intercambio de masas de agua entre
mar abierto y estuario. Por tanto, en este último caso la marea fue capaz de contrarrestar el
efecto de emergencia anteriormente definido.
69
Figura 5.43. Comparativa entre datos de caudales (Q) en Alcalá del Rio, de marea astronómica en el puerto de
Bonanza (marH), velocidad de viento (VelV), dirección de viento (DirV), presión atmosférica (Ps), altura de ola
significante espectral (Hm0), periodo de pico (Tp) y dirección media del oleaje (DirM) frente a la
desembocadura (WANA3) y valores de Salinidad (S) y Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por
el CTD0, desde 30/08/2008 hasta 18/11/2008.
El mismo comportamiento se observa en la Figura 5.44 que muestra, para el periodo
seleccionado, los valores de salinidad medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
desde 0 hasta 7 ubicados a lo largo del río. El incremento de salinidad a causa del primer
evento de borrasca resulta más evidente a medidas que nos alejamos de la desembocadura.
Asimismo, se hace más evidente la bajada de salinidad inducida por efecto de la descarga. Es
decir, en la zona más cercana a la desembocadura los valores de salinidad no sólo se ven
afectados por los aportes del río sino también por los aportes marinos y por el efecto del oleaje
que llega con valores de altura de ola significante del orden de 2m. El descenso de salinidad
inducido por efecto combinado del río y de la marea se refleja en todos los CTDs, excepto en el
último. En la Figura 5.44 se muestra el descenso relativo de la salinidad frente al caudal del río,
que pasa desde 13 g/l en el CTD0 hasta 1 g/l en el CTD6.
70
ΔS=13 g/l
ΔS=12 g/l
ΔS=6 g/l
ΔS=1 g/l
Figura 5.44. Comparativa entre valores de salinididad (S) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7, por orden de arriba abajo) representados de
arriba hacia abajo para el periodo de estudio que va desde 30/08/2008 hasta 18/11/2008.
5.7.2.5. Período V: desde el 12/01/2009 al 12/03/2009
En la Figura 5.45 se muestra los siguientes datos: caudales en Alcalá del Río, precipitación
media en la estación RIA de Lebrija 1, marea en el mareógrafo de Bonanza, parámetros
atmosféricos en Salmedina, parámetros de oleaje simulados en el WANA 3 frente a la
desembocadura (altura significante, periodo de pico, dirección media), y valores de salinidad y
turbidez medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1; representados de arriba hacia
abajo, para el periodo de estudio que va desde 12/01/2009 hasta 12/03/2009.
71
PULSOS
TEMPORAL
DESCARGA
Figura 5.45. Comparativa entre datos, de arriba abajo, de Caudales de Alcalá del Rio (Q), precipitación media en
la estación Ría de Lebrija 1 (Prem), marea en el mareógrafo de Bonanza (MarH), parámetros atmosféricos (VelV,
DirV, Ps) en Salmedina, parámetros de oleaje (Hmo, TP, DirM) en el WANA3 y valores de Salinidad (S) y
Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1 para el periodo de estudio que va desde
12/01/2008 hasta 12/03/2009.
En este caso, durante el periodo de estudio se observan fuertes lluvias asociadas al paso de
una borrasca en el estuario (precipitación media del orden de 10mm). A causa de dicha
precipitación, superpuesto a vientos persistentes de componente media hacia tierra y a la
consiguiente descarga de
∼ 500 m 3 / s desde la presa de Alcalá, se registra una drástica
reducción del valor de la salinidad. Se observa el efecto amplificador inducido por parte de la
ocurrencia de una marea viva después de la descarga, periodo durante el cual los sedimentos
son resuspendidos por las elevadas velocidades. Se observa que la siguiente marea muerta
hizo decrecer considerablemente la turbidez, que luego vuelve a incrementarse en la siguente
marea.
72
Finalmente, se presenta en la Figura 5.46 y la Figura 5.47 los valores de salinidad y turbidez
medidos a 1m desde la superficie libre para todos los CTDs durante el periodo considerado,
observándose un comportamiento similar de ambas variables, que disminuyen a medida que
nos alejamos de la desembocadura. Análogamente, existe una correlación entre los valores de
turbidez capturados a lo largo de todo el estuario (desde el CTD0 hasta el CTD7), que registran
un incremento después de la descarga.
DESCARGA
Figura 5.46. Comparativa entre valores de Salinidad (S) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va desde
12/01/2009 hasta 12/03/2009.
73
Figura 5.47. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) para el periodo de estudio que va de
12/01/2009 hasta 12/03/2009.
5.7.2.6. Período VI: desde el 12/03/2009 al 12/06/2009
Del mismo modo que en los periodos anteriores, en la Figura 5.48, referida al período que va
desde el desde 12/03/2009 hasta 12/06/2009, se muestra respectivamente desde arriba hacia
abajo los siguientes datos de caudal en Alcalá del Río, precipitación media medida en la
estación RIA de Lebrija, marea astronómica en el puerto de Bonanza, altura de ola significante
espectral, período de pico, dirección media de procedencia del oleaje simulado en el punto
WANA ubicado frente a la desembocadura, velocidad y direcciones medias del viento, presión
atmosférica medida en la estación meteorológica de Salmedina, finalmente, salinidad y turbidez
medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1.
Durante dicho período, el río se encuentra en condiciones normales de aporte de agua dulce,
con valores desembalsados inferiores a
100 m 3 / s , y la circulación en el estuario está
regulada por la propagación de la onda de marea. Las líneas rojas acotan 3 eventos que
74
inducen refuerzo mareal por el viento (del orden de 10 m / s ) y producen incremento de la
salinidad y descenso de turbidez en el CTD Cepillos (CTD1). Esto permite concluir, como
anteriormente se ha evidenciado (véase Periodo II), que dichos vientos tienen una corriente de
Ekman asociada que genera surgencia y mezcla con agua limpia profunda salada produciendo
un incremento de la salinidad. Esta corriente abre la desembocadura extrayendo el agua turbia
confinada en los primeros tramos del río, como queda registrado en el CTD1. La Figura 5.48
muestra además que las condiciones meteorológicas exteriores y el oleaje que se genera por el
viento propagándose por el estuario elevan ocasionalmente los valores de turbidez, aunque
esto habría de ser confirmado mediante una campaña de campo específica. Es importante
resaltar cómo la ocurrencia de lluvia local (círculo rojo en la figura) podría tener influencia en la
reducción de la turbidez. A partir del 12 de mayo existe una descarga uniforme del orden de
50 m 3 / s que, como muestra la gráfica, reduce progresivamente el valor de la salinidad y
contribuye a mantener bajos los valores de turbidez.
Descarga uniforme
Lluvia local
Vientos hacia el mar
Figura 5.48. Comparativa entre Caudal en Alcalà del Rio (Q), precipitación media en la estación Ria de Lebrija
(Prem), marea astronómica en el puerto de Bonanza (marH), altura de ola significante espectral (Hm0),periodo
de pico (Tp), dirección media de procedencia (DirM) del oleaje simulado en el punto “WANA” , velocidad (VelV)
75
y direcciones (DirV) medias del viento, presión atmosférica en Salmedina y , finalmente, Salinidad (S) y
Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por el CTD1 (Cepillos). Las líneas rojas acotan los dos
eventos de viento hacia el mar que dieron lugar a la caída de turbidez.
Figura 5.49. Comparativa entre valores de Salinidad (S1) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el
periodo de estudio que va desde 12/03/2009 hasta 12/06/2009.
76
Figura 5.50. Comparativa entre valores de Turbidez (Tur) medidos a 1m desde la superficie libre por los CTDs
ubicados a lo largo del cauce principal (desde CTD0 hasta CTD7) representados de arriba hacia abajo para el
periodo de estudio que va desde 12/03/2009 hasta 12/06/2009.
En la Tabla 5.6 se muestran valores de caudal en Alcalá del Río, turbidez, salinidad y
temperatura medidos a la profundidad de 1 m desde la superficie libre por los CTD1, CTD3 y
CTD4 y CTD6. Los parámetros de oleaje (altura de ola significante espectral, periodo de pico y
dirección media de procedencia simulados en el nodo WANA1054047) y los parámetros
atmosféricos (modulo de velocidad de viento, dirección media de procedencia del viento,
presión atmosférica) medidos en la estación meteorológica de Salmedina se presentan en la
Tabla 5.7, y permiten caracterizar las condiciones oceanográficas y atmosféricas en el exterior
del estuario. Los valores presentados en ambas tablas han sido obtenidos a partir de datos
capturados durante la ocurrencia de una bajamar (Mín. en las tablas), de una pleamar (Máx. en
las tablas) y de un punto intermedio entre bajamar y pleamar (cero en las tablas). Los valores
se han obtenido para una marea viva (M.V. en las tablas) y una marea muerta (M.M. en las
tablas). Para identificar dichos instantes se ha empleado un registro de marea astronómica
medido en puerto de Bonanza el día 25 de mayo de 2009 (periodo de marea viva) y el día 02
de junio de 2009 (periodo de marea muerta). La Figura 5.51 muestra la curva de marea
77
astronómica empleada, los círculos rojos en la gráfica muestran los instantes donde se han
realizado las medidas de los parámetros climáticos.
Alcalá
(Q- m3/s)
CTD1
(S- g/l)
CTD1
(Tur-Volt)
CTD1
(T-°)
CTD3
(S- g/l)
CTD3
(Tur-Volt)
CTD3
(T-°)
CTD4
(S- g/l)
CTD4
(Tur-Volt)
CTD4
(T-°)
CTD6
(S- g/l)
CTD6
(Tur-Volt)
CTD6
(T-°)
Mín
(M.V.)
Cero
(M.V.)
Máx
(M.V.)
Mín
(M.M.)
Cero
(M.M)
Máx
(M.M)
60.32
61.04
61.94
34.94
35.55
36.39
21.35
17.32
26.02
18.77
16.42
22.89
0.81
0.28
0.46
0.54
0.28
0.36
21.23
21.77
21.57
22.56
22.58
22.16
15.74
12.76
17.49
12.97
11.05
15.33
0.68
0.29
0.59
0.39
0.36
0.40
21.23
21.73
21.85
23.00
22.81
22.52
11.79
8.73
12.74
9.72
8.14
10.98
0.98
0.49
0.58
0.24
0.27
0.29
21.28
21.88
22.05
23.20
23.12
22.67
4.28
2.69
4.42
3.73
2.59
4.26
0.35
0.19
0.30
0.17
0.12
0.20
21.85
22.59
22.55
23.78
23.81
23.48
Tabla 5.6. Comparativa de parámetros medidos a lo largo del cauce principal del estuario del Guadalquivir.
Mín
Cero
(M.V.) (M.V.)
WANA3
(Hm0-m)
WANA3
(Tp- s)
WANA3
(DirM-°)
SALM
(Ps-mbar)
SALM
(VelV- m/s)
SALM
(DirV-°)
Máx
Mín
Cero
(M.V.) (M.M.) (M.M)
Máx
(M.M)
0.50
0.41
0.40
0.73
0.64
0.67
4.30
4.39
4.4
4.27
4.3
4.23
248.00
250.00
253.00
247.00
247.00
248.00
1020
1020
1018
1016
1016
1017
2.04
3.92
6.48
5.01
6.18
5.88
278
248
249
222
223
221
Tabla 5.7. Comparativa de parámetros medidos y simulados fuera de la desembocadura
78
Figura 5.51. Curva de marea astronómica medida en el puerto de Bonanza durante el periodo 25 de Mayo de
2009 - 05 de Junio de 2009. Los círculos rojos representan los instantes donde se han tomado las medidas de
los parámetros climáticos representados en la Tabla 5.6 y la Tabla 5.7.
Se ha observado que durante este período la precipitación ha sido escasa y, como
consecuencia, las descargas desde la presa de Alcalá del Río constantes y con valores medios
del orden
50 m 3 / s . La altura de ola significante durante el periodo fue siempre inferior a 1 m,
con vientos principalmente del oeste de intensidad variable, entre 5 m / s y 10 m / s .
La Tabla 5.6 muestra que la salinidad sigue los ciclos semi-diurnos de la marea con valores
más elevados en los máximos de los niveles simulados en marea viva y marea muerta por el
mareógrafo de Bonanza. La evolución temporal de la salinidad en un ciclo de marea semidiurno en marea viva y marea muerta muestra cómo máximos de salinidad y máximos de
niveles presentan un desfase temporal, asociado al desfase entre velocidad y elevación.
La Tabla 5.6 también muestra que la turbidez presenta un valor mínimo en las estoas de
llenante y vaciante, pues coincide con los instantes en los que el esfuerzo tangencial en el
fondo es nulo. Además, se puede apreciar que el módulo de la turbidez presenta dos picos
(máximos absolutos) en un ciclo de marea que se corresponden a los máximos y mínimos de la
curva de nivel y mínimo que se corresponde con los ceros de nivel.
79
5.8. Conclusiones parciales y trabajo futuro
En este informe se han mostrado las escalas espaciotemporales y magnitud de los procesos
mareales, fluviales, atmosféricos y oceánicos que gobiernan la dinámica de la turbidez y los
sólidos en suspensión. Se ha descrito el marco teórico, las variaciones cíclicas de origen
mareal a las que están sujetos y su variabilidad según el eje longitudinal del estuario y en la
vertical. Se han calculado las velocidades de deposición del sedimento y los flujos de masa que
gobiernan el movimiento del material en suspensión a lo largo del estuario, a saber, la deriva
no mareal, deriva de Stokes, los términos de bombeo mareal y aquéllos asociados a la
circulación vertical. Se han identificado eventos concretos de turbidez y se han explicado a
partir de los forzamientos generadores y desencadenantes.
El aporte de sólidos en suspensión al estuario proviene de distintas fuentes. La entrada de
sólidos desde el mar depende de las condiciones oceanográficas en el exterior del estuario,
principalmente, por el incremento de la capacidad de puesta en suspensión de las dinámicas
de oleaje y viento y de la forma de la pluma de descarga. En el cauce del estuario y en
condiciones normales se produce, por el efecto de la circulación mareal y fluvial, la
resuspensión de sedimentos y la decantación de los flóculos por la acción gravitatoria en el
seno del agua. Durante las avenidas y algunas mareas vivas, además, se produce la erosión
del lecho y, en consecuencia, el incremento de la masa de sedimentos circulando por el
estuario. Consecuencia de esto es que la turbidez es mayor cerca del fondo que en superficie.
Estas cantidades se completan con las procedentes de la erosión de las márgenes y de las
aportaciones desde los caños, los esteros y las acequias de riego. Las descargas fluviales
llevan asociadas, también, una descarga de sólidos en suspensión cuya cantidad total depende
de las condiciones de la descarga, de la regulación y control de los embalses del río por exceso
de lluvia y del tiempo transcurrido desde la última descarga.
En régimen de aguas bajas, la turbidez y los sólidos en suspensión están controlados por la
dinámica mareal horizontal y vertical. Según las características geométricas e hidrodinámicas
del estuario, la dinámica y transporte del material en suspensión es un proceso eminentemente
unidimensional, aunque localmente puede haber efectos bidimensionales de importancia,
especialmente, en los tramos con radios de curvatura pequeños. Los armónicos dominantes en
los procesos de turbidez son aquellos a escala semidiurna (M2), submareal (Msf) y
sobremareal (M4). El primero de ellos responde al dominio dinámico de esta constituyente en el
estuario. Las variaciones submareales redundan en una variación importante de material en
suspensión a lo largo del tiempo entre mareas vivas y muertas. Los esfuerzos de corte
mayores que tienen lugar durante mareas vivas tienen una mayor capacidad de resuspender el
sedimento del fondo. Igualmente, en el ciclo mareal se producen varios máximos de turbidez
asociados, principalmente, a las corrientes llenantes y vaciantes y, en segundo lugar, a los
desfases entre resuspensión, lavado y deposición del sedimento (constituyente M4). Los
máximos relativos de turbidez en un ciclo semidiurno no son simétricos debido a la distorsión
mareal asociada, fundamentalmente, a la fricción en fondo y márgenes. Asimismo, la distorsión
mareal y el carácter progresivo de la propagación de la onda de marea da lugar a flujos de
entrada positivos, es decir, existe un transporte neto de sedimentos hacia dentro del estuario,
excepto entre la zona de Esparraguera y Tarfía.
En cuanto a la distribución longitudinal promediada en el ciclo semidiurno, hay dos máximos de
turbidez registrados por los instrumentos. El primero está ubicado en el tramo entre El Puntal –
Esparraguera y el segundo estuario arriba entre El Mármol y Sevilla. Este último es debido a la
dinámica estacionaria dominante en el último tramo del estuario y al punto nulo de la intrusión
salina. La ocurrencia del primero está inducida por flujos convergentes de masa, entrantes en
El Puntal y salientes en Esparraguera.
Como ya se explicó en el Capítulo 3, dinámicamente, el estuario transita entre un escenario de
aguas bajas y de avenida. Las condiciones de avenida se dan, habitualmente, entre los meses
de octubre y abril, mientras que las condiciones de bonanza meteorológica y vientos
persistentes marinos se dan a lo largo de todo el año. En ocasiones se produce el doble
suceso: avenida y temporal en el mar cuyo comportamiento se traduce en un incremento de la
capacidad de suspender sólidos y, dependiendo de las condiciones en la desembocadura,
80
concretamente debido a viento y al transporte de Ekman asociado, en un evento extremo de
turbidez. Este comportamiento no es exclusivo del Guadalquivir, habiéndose dado previamente
en otros estuarios. La correlación entre eventos de extrema turbidez y descargas desde Alcalá
del Río también ha sido puesta de manifiesto en el Capítulo 2. Los eventos extremos de
turbidez afectan, prácticamente, a la totalidad del estuario.
En particular, el episodio de noviembre de 2007 - junio de 2008 se activa con una avenida en el
río a finales de noviembre, tras un largo periodo estival sin lluvias, seguida de varias descargas
de menor magnitud y espaciadas a lo largo del tiempo; en los largos intervalos de tiempo entre
las descargas fluviales, las aportaciones de agua dulce fueron mínimas. Del lado del mar se
presentaron vientos persistentes en la desembocadura, principalmente provenientes del
Estrecho durante largos periodos de tiempo. La conjunción de ambas secuencias, propiciaron
el incremento brusco de sólidos en suspensión durante las descargas fluviales, la reducción de
la capacidad de limpieza por reducción del caudal fluvial y de las componentes mareales que
colaboran en ello, y el incremento de la acción mareal hacia el interior por la presencia de la
onda de Ekman generada por el viento y la resuspensión producida por el oleaje.
Adicionalmente, como consecuencia del refuerzo mareal por el viento, se produjo un
incremento de la salinidad en el estuario. En febrero 2009 vuelve a repetirse la situación
anterior. La turbidez decrece bruscamente en los dias 9 y 12 de junio de 2008 debido,
fundamentalmente, al desbloqueo de la desembocadura y la mezcla con aguas surgentes por
vientos con componente de Ekman Oeste.
Como trabajo futuro, sería deseable poder realizar varias campañas de campo de detalle. Una
de ellas sería una campaña batimétrica en el tramo entre Sevilla y la presa de Alcalá del Río
para detectar barras o concentraciones elevadas de sedimentos inducidas por la dinámica
estacionaria en ese tramo del estuario. Otra campaña de detalle estaría dedicada a la recogida
sistemática de sedimentos del fondo en el canal de navegación y las márgenes para determinar
hasta donde alcanza el sedimento de origen mareal. Finalmente, comparar mediante
batimetrías los efectos de las descargas de la presa de Alcalá del Río en las alteraciones
morfológicas en el lecho del cauce.
81